Einstiegsfragen - Fachdidaktik Chemie ETH

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Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 1
Einstiegsfragen
Die folgenden von den Studierenden im Rahmen einer Übung formulierten Einstiegsfragen sollen
den Schülerinnen und Schülern die Bedeutung eines Themas zeigen und ihre Neugier wecken.
Eveline Kumli
Wieso wird das Essen in der Mikrowelle warm?
Der Mikrowellenherd verwendet elektromagnetische Wellen, die andauernd ihre Ausrichtung
ändern und so die Speisen in der Mikrowelle erwärmen. Aber wie genau passiert das? Für die
Erwärmung einer Speise in der Mikrowelle sind vor allem die Wassermoleküle in den Speisen von
Bedeutung. Die Erwärmung von Wasser beruht darauf, dass die Wassermoleküle Dipolmoleküle
sind. Sie haben also einen positiven und einen negativen Ladungsschwerpunkt. Beim Experiment
mit dem Wasserstrahl haben wir gesehen, dass dieser sowohl von einem negativ wie auch von
einem positiv geladenen Stab angezogen wird und sich die Wassermoleküle je nach Ladung
unterschiedlich ausrichten. In der Mikrowelle passiert im Prinzip nichts anderes. Anstelle der positiv
und negativ geladenen Stäbe, wirkt in der Mikrowelle das elektromagnetische Wechselfeld. Dieses
ändert pro Sekunde sehr oft und die Wassermoleküle versuchen, sich immer nach dem
elektromagnetischen Feld auszurichten. Dadurch geraten sie in Schwingung und Rotation, wobei
sie sich gegenseitig reiben. Die Reibung von Molekülen erzeugt Wärme. Moleküle, die nicht
schwingen können, weil sie keine Dipolmoleküle sind, bleiben dagegen kalt (Gehäuse, Geschirr).
Gefrorenes Wasser kann in der Mikrowelle nur schlecht erwärmt werden, da die Wassermoleküle
im Eiskristall fixiert sind und so schlecht beweglich sind. Die Mikrowellen werden im Eis dadurch
nur wenig absorbiert.
Eignung für den Unterricht: Dipole, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
Damaris Niggli
Warum ist Schnee weiß?
Diese Frage stellt man sich vielleicht nicht spontan, aber die SuS stellen vielleicht verwundert fest,
dass sie den Vorgang ja gar nicht richtig erklären können. Die Frage kann als Einführung zum
Molekülaufbau und Stoffeigenschaften von Wasser diskutiert werden (Abschnitt 7.6 aus
"Elemente").
Antwort:
Schnee ist ja eigentlich nichts anderes als gefrorenes Wasser. Wasser ist, sofern sauber, aber
doch durchsichtig. Warum also ist der Schnee weiß?
Schnee besteht aus Flocken, und die wiederum aus sternförmig kristallisiertem Wasser. Bevor
die Schneeflocken aber auf die Erde herunterschweben, werden sie in den Wolken kräftig
durchgewirbelt. Erstens sind die Kristalle sehr fein verzweigt (Abb 30, Seite 119), und zweitens
wird sehr viel Luft in den Schneeflocken eingeschlossen (Abb 32, Seite 119). Diese vielen
Flächen und Bläschen (bzw. die vielen Übergänge zwischen Eis und Luft) reflektieren beinahe
das gesamte Licht.
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 2
Dustin Hofstetter
Warum ist Glas durchsichtig und Sand nicht?
Trifft Licht auf eine Oberfläche, so wird immer ein Teil des Lichts reflektiert (gespiegelt) und der
andere Teil kann die Oberfläche passieren. Sand besteht aus vielen kleinen Sandkörnern und
diese wiederum bestehen aus vielen zusammengewachsenen kleinen Kristallen. Zusammen ergibt
das eine sehr grosse Zahl an Spiegelungen und das Licht kommt nicht mehr durch.
Glas hingegen hat keine Kristalle, es hat sogar überhaupt keine innere Ordnung, das nennt man
amorph. Entsprechend hat es nur zwei Oberflächen (innen und aussen) und das meiste Licht kann
beide Oberflächen passieren. Wenn es innen hell und aussen dunkel ist und man gut hinschaut,
kann man tatsächlich die Reflektionen an beiden Oberflächen sehen.
Diese Frage eignet sich, um die Teilchen-Ebene (Moleküle, Ionen, etc…) mit der Stoff-Ebene
(makroskopisch) zu verknüpfen. Es lassen sich die Struktur-Stufen (z.B.) Molekül – Gitter –
Kristallit – Pulver aufzeigen und so auch, was Materie überhaupt ist.
Dustin Hofstetter
Was ist eigentlich Zucker?
Mit „Zucker“ meint ja man meistens Kristall- oder Haushaltszucker. In der Chemie und der Biologie
gibt es eine ganze Stoff-Gruppe der Zucker, Traubenzucker und Fruchtzucker sind zwei Vertreter
dieser Gruppe. Sie bestehen aus einer Kette mit drei bis sechs Kohlenwasserstoff-Gliedern und an
jedem Glied hängt eine —OH-Gruppe; mit einer Ausnahme: Am ersten oder am zweiten Glied
muss keine —OH-Gruppe hängen, sondern ein Sauerstoff-Atom mit einer Doppelbindung
[Skizzen].
Man kann sogar zwei solche Zucker-Moleküle verknüpfen und erhält einen neuen Typ Zucker.
Verknüpft man viele Zucker-Moleküle, so kommt man zu neuen Stoffen wie Stärke oder Holz.
Diese Frage eignet sich, um die Diskussion der Wasserstoffbrücken etwas in ein
schülerfreundliches Umfeld zu rücken, jeder hat gerne süss. Dabei lassen sich einbinden: die
erhöhte Viskosität (z.B. Honig), dass das Süss-Empfinden von der Präsenz mehreren —OHGruppen ausgelöst wird, was Zucker-Austauschstoffe sind, was „künstliche Süssstoffe“ sind
(solche mit und ohne struktureller Verwandtschaft), Zucker/Wasserstoffbrücken als Texturgeber.
Hier lässt sich auch gut eine Degustation verschiedener Zucker/Polyalkoholen einfügen und so das
Wissen über Nahrung, Ernährung und Inhaltsstoffe erweitern.
Klaus Laesecke
Warum sind Diamant, Bleistifte und Asche derselbe Stoff-Kohlenstoff –
warum gibt es sogar Fussbälle aus Kohlenstoff ?“
Zu Beantwortung dieser Frage gibt es sehr gute anschauliche Darstellungen in Standardquellen
für den Unterricht: ‚Exkurs Atomgitter’ in Stieger (S.121, 122, 123) , im Mortimer S. 458-462, und
bei Linus Pauling ‚Grundlagen der Chemie’; S.179 und S.180.
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 3
Die Tetraederstruktur des Kohlenstoffatoms wird anhand von Kalottenmodellen aus der Sammlung
der Schule gezeigt.
Die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften lassen sich aus den Molekülgittern ablesen.
Die Tabelle 37 bei Stieger (S.121) soll ausführlich diskutiert werden.
Die ‚take home message’ ist: Diamant, Graphit und Fullerene sind Modifikationen des Elements
Kohlenstoff. Die unterschiedlichen Stoffeigenschaften beruhen auf der unterschiedlichen
Anordnung der C-Atome.
Persönlich möchte ich den SuS am Schluss der Lektion gerne einen Einblick geben in die Chemie
und Natur der Kohlenstoff-Nanoröhren (siehe auch Mortimer S.460). Die Faszination für neuste
Entwicklungen kann sicher auf die SuS übertragen werden durch spektakuläre Beispiele, Fotos
und Anwendungsmöglichkeiten.
Nicht zuletzt sehen die SuS, an was zur Zeit Chemiker in der high- tech Forschung arbeiten. Die
zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten ermöglichen ein Interesse an Berufsbildern der Zukunft!
Rudi Pletzer
Im Winter wird Salz auf die Strasse gestreut, damit das Eis, der Schnee
schmilzt. Warum wird dann Salz bei Skirennen auf die Skipiste gestreut?
Wird Salz mit Eis bzw. Schnee gemischt treten 2 Effekte auf:
A) Mischeffekte 1. Schmelzpunkterniedrigung: Der Schmelzpunkt von Lösungen liegt
niedriger als der von reinen Flüssigkeiten. Hintergründe für Fortgeschrittene Schüler: Dies
hängt mit dem verringerten Dampfdruck von Lösungen zusammen (siehe Raoultsches
Gesetz für ideale Mischungen)
2. Lösungsenthalpie Beim Lösen von Salzen in Wasser wird Energie gebraucht um die
Ionen des Salzes aus dem Ionengitter zu lösen. Diese Energie wird in Form von Wärme
der Umgebung entzogen - daher gibt es eine Abkühlung. Für Fortgeschrittene Schüler:
Gleichzeitig mit dem Lösen wird Hydratisierungsenergie frei (H2O Anlagerung an die
Ionen). Ein Kühleffekt tritt also dann auf, wenn die Gitterenergie grösser als die
Hydratisierungsenergie ist. Beispiele: NaOH exotherm, NH4NO3 endotherm
B. Schmelzenthalpie Beim Schmelzen wird Energie benötigt um die Zwischenmolekularen
(zwischenatomaren) Kräfte zu überwinden.
Beim Mischen von Salz mit Schnee/Eis passiert generell folgendes: Salz löst sich im
flüssigen Oberflächenfilm von Eis. Die Lösungsenergie kommt aus der
Umgebung. Es kommt zu einer Abkühlung. Der Schmelzpunkt der flüssigen Phase
erniedrigt sich. Die Lösung kann nicht wieder gefrieren, trotz Abkühlung. Es stellt sich ein
Gleichgewichtszustand zwischen Eis und flüssiger Lösung ein, solange Eis vorhanden ist.
Alle Phänomene treten sowohl auf der Strasse als auch auf der Skipiste auf. Das Ziel und
die Auswirkung sowie die einwirkenden Kräfte sind jedoch unterschiedlich.
Auf der Strasse:
Wenn Salz rechtzeitig eingesetzt wird, also schon bei Schneefall, kommt es zu einer
guten Durchmischung zwischen Eisteilchen und Salz. Die Bildung von Eisplatten auf der
Straßenoberfläche wird verhindert. Zudem wird durch den Druck der Reifen ein ständiger
Zerkleinerungs- und Mischprozess in Gang gehalten und das Gemisch aus Salzlösung
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 4
und Eis wird nach außen geschleudert. Es muss eine bestimmte Fahrzeugfrequenz
vorhanden sein, damit das also gut funktioniert. Sind Strassen schon mal mit Eisplatten
bedeckt, dauert es auch mit Salz eine gewisse Zeit, bis sich alles gelöst hat. Auch hier
wirkt wiederum der Druck der Autoreifen unterstützend beim Zerkleinern der Eisplatten
Auf der Skipiste:
Ziel auf der Skipiste ist es eine Schneehärtung zu erzielen, damit die Piste länger hält.
Dazu wird der gefallene Schnee durch die Pistenfahrzeuge verdichtet, eine kompakte,
dicke Schneeschicht entsteht, die immer eisähnlicher wird. Streut man auf diese
verdichtete Schicht nun Salz, kommt es auf der Oberfläche zu einem Abschmelzen
(Gefrierpunkterniedrigung). Gleichzeitig wird aber auf der aufgebrachten Fläche, die
vorverdichtete Schneeplatte abgekühlt, die Piste wird härter und hält dadurch länger zumindest solange, bis das Skirennen vorbei ist. Die Skipiste gefriert auf Kosten der
schmelzenden Skipiste.
Weiter praktische Anwendung: konstante Temperaturen mit Kältemischungen (Labor)
Versuche dazu: Kältemischungen, Lösungswärme (endotherm, exotherm)
Martina Mayer und Sandro Brandenberger
Woher nimmt eine Taschenheizung ihre Wärme?
Kationen und Anionen, aus denen Salze bestehen organisieren sich im festen Zustand in einem
sogenannten Ionengitter. Diese Gitter sind sehr stabil, weil sich positive und negative Ladungen
anziehen und es muss deshalb viel Energie aufgewendet werden, um die einzelnen Ionen aus
ihrem Gitter zu lösen. Wird nun ein solches Ionengitter aufgebaut, wir im Gegensatz Energie frei.
Dieses chemische Phänomen ist das erste, das zum Bau einer Taschenheizung von Nöten ist.
Bringt man nun beide Effekte in einer Taschenheizung zusammen, passiert folgendes:
Hauptbestandteil solcher Taschenheizungen ist Natriumacetattrihydrat. Die Formel dafür sieht
folgendermassen aus: Na(CH3COO) · 3 H2O. Natrium ist das Kation, Acetat das Anion. Beide
bilden, wie wir das kennen, einen Salzkristall. Das Besondere ist in diesem Beispiel, dass sich
dazwischen immer wieder Wassermoleküle anlagern. Deshalb wird dieses Wasser auch
Kristallwasser genannt. Erwärmt man nun Natriumacetattrihydrat auf 54 °C löst sich das Salz in
seinem eigenen Kristallwasser auf. Kühlt man es jedoch wieder ab, bleibt die Lösung bis -10°C
flüssig. Wird nun das Erstarren des unterkühlten Natriumacetattrihydrat mit Hilfe eines
Knackfrosches eingeleitet, vlg. Stab in Wasserpfütze, lagern sich Anionen und Kationen unter
Einschluss von Wasser wieder in einem Ionengitter zusammen und die Gitterenergie wird frei.
Unsere Taschenheizung erwärmt sich also.
Eignung für Unterricht: Jeder kennt Taschenheizungen, die im Winter so schön die Hände warm
halten. Nur wo kommt die Wärme her? Wie so viel in Chemie und Physik hat auch dieses
Phänomen etwas mit der Umwandlung von Energie zu tun. Hier von Gitterenergie zu
Wärmeenergie. Ausserdem kann den Schülern gezeigt werden, wie durch geeignete Kombination
zweier Phänomene etwas ganz Anderes entstehen kann. Desweiteren kann dieses Phänomen von
den Schülern leicht im Praktikum getestet werden.
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 5
Markus Hobi
Warum kann ein Wasserläufer auf Wasser gehen ohne einzusinken?
Die starken Wasserstoffbrücken im flüssigen Wasser führen dazu, dass die Wasseroberfläche eine
Grenzfläche (z.B. zu Luft) bildet, welche wie ein Fell einer Trommel recht stark gespannt ist
(Oberflächenspannung). Ein leichter Gegenstand, der flach auf diese Grenzfläche zu liegen kommt
und entsprechend die Gewichtskraft auf eine verhältnismässig grosse Fläche verteilt (d.h. kleine
Kraft pro Flächeneinheit), kann diese nicht durchdringen, weil H-Brücken gebrochen werden
müssten. Illustration mit Fussform des Wasserläufers und Experiment mit schwimmender
Büroklammer resp. Effekt bei grösserer Kraft pro Flächeneinheit resp. Verminderung der
Oberflächenspannung.
Das Phänomen kann als Einstieg ins Thema Wasserstoffbrücken verwendet werden. Andererseits
kann das Phänomen aber auch erst als illustrierendes Beispiel für die Bedeutung und
Auswirkungen der Wasserstoffbrücken verwendet werden (beispielsweise zusammen mit der
Dichteanomalie von Wasser, Stabilisierung der DNA-Doppelhelix, Proteine, etc.)
Man kann das Thema auch in Bezug bringen zu Tensiden und Effekten der Reduktion der
Oberflächenspannung von Wasser.
Lukas Sigrist
Warum sind Flammen gelb/orange?
oder: Warum leuchten Kerzen?
Problemstellung: Wie erklärt man die Farbe der Flamme? Die SuS haben vielleicht schon
Flammenfarben gesehen und wissen, dass dort Metallionen schuld sind, aber wie sieht es aus bei
einer reinen Flamme?
Anlass für die Frage: Im Rahmen der Besprechung von Flammenfärbung, wenn man auch auf das
Lichtspektrum eingeht.
Erklärung: Auch beim Verbrennen von Kohlenwasserstoffen gibt es Stoffe, die die Flammenfarbe
beeinflussen. Es sind dies aber nicht die beiden Hauptprodukte CO 2 und H2O, da diese im
Infrarotbereich strahlen. Entscheidend für die Farbe ist der Russanteil: Die mikroskopischen
Russteilchen beginnen bei hohen Temperaturen zu glühen und strahlen dabei vorwiegend gelb bis
oranges Licht ab.
Die Erklärung des blauen Anteils im inneren der Flamme ist schwieriger, man könnte aber sagen,
dass es sich um Radikale handelt. Radikale könnte man als hochreaktive Teilchen beschreiben,
die nur sehr kurzlebig sind, weil sie ein einzelnes freies Elektron haben.
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 6
Helga Engljähringer
Warum leuchtet ein weißes Hemd in der Disco so hell auf?
Das weiße Hemd wurde sicherlich mit einem Waschmittel gewaschen, das „optische Aufheller“
enthält.
Diese optischen Aufheller absorbieren UV-Strahlung und geben deren Energie als bläuliches Licht
wieder ab, welches das Hemd strahlend weiß erscheinen lassen.
Dies funktioniert bei Tageslicht als auch in der Disco, wo oft „Schwarzlicht“, also
Leuchtstofflampen, die UV-A-Strahlung abgeben, eingesetzt werden.
Die optischen Aufheller in Waschmitteln sind fluoreszierende Substanzen, deren Funktion die
Steigerung des Weißgrads, insbesondere durch Kompensation des Gelbstichs, von Materialien ist.
Weiße Wäsche wirkt dann weißer als weiß!
Mit Hilfe von Schwarzlicht können optische Aufheller in Waschmitteln leicht nachgewiesen werden:
Flüssigwaschmittel
Links: bei Tageslicht
Rechts: leuchtend unter UV-Licht
Diese Frage eignet sind für den Unterricht als Einstieg zum Thema Waschmittel und deren
Wirkungsweise oder zur Erklärung von Fluoreszenz.
Marina Markovic
Weshalb gilt das Schwert der Samurai als unzerbrechlich?
Erklärung: Wird ein Metall sehr stark erhitzt, schwingen die Metallrümpfe so heftig, dass sie ihren
Gitterplatz verlassen. Das Metall schmilzt. In der Schmelze sind die sich relativ frei bewegenden
Metall-Atomrümpfe weiterhin von den delokalisierten Elektronen umgeben. Beim Erstarren der
Metallschmelze bilden sich an vielen Stellen gleichzeitig sogenannte Kristallite. Zwischen
benachbarten Kristalliten bleiben kleine Lücken. Der Abstand bedingt eine – gegenüber dem
inneren der Kristalle – schwächere Bindung und lässt ein Metallstück bei starker mechanischer
Beanspruchung an diesen Grenzen brechen. Eine schnelle Abkühlung lässt viele kleine Kristallite
mit kleinen Lücken entstehen und macht das Metall spröde. Langsames Abkühlen lässt die
Kristallite wachsen, wobei zwischen ihnen nur schmale Lücken auftreten. Wird der Vorgang des
Erhitzens, Schmiedens und langsamen Abkühlens vielfach wiederholt, werden die Kristallite immer
grösser und die im Metall wirkenden anziehenden Kräfte stärker. So entsteht das (nahezu)
unzerbrechliche Samurai-Schwert.
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 7
Didaktik: Die Frage weckt das Interesse der SchülerInnen und ermöglicht anschliessend die
Erkennung des Zusammenhangs zwischen Eigenschaften von Metallen und ihrer
Herstellungsweise, beeinflusst aber auch die Wahrnehmung von Metallen als Korngefüge vs.
“Block”.
Titu Staubli
Wie funktioniert eine Brausetablette?
Jeder kennt sie – die Brausetablette. Sie dient als Darreichungsform von Medikamenten oder
Nahrungsergänzungsmitteln, die in Wasser aufgelöst und getrunken werden. Doch wie genau
funktioniert eine Brausetablette? Wie kann sie sich ohne weiteres Rühren vollständig homogen
auflösen? Woher kommt das Sprudeln?
Eine Brausetablette besteht bei Raumtemperatur immer aus festen organischen Säuren (HA),
sowie Natriumhydrogencarbonat, dessen Anion in einer Säure/Base-Reaktion mit der organischen
Säure zuerst zu Kohlensäure reagiert. Diese zerfällt dann in einem zweiten Schritt zu Kohlendioxid
und Wasser:
HA (aq) + HCO3– (aq)  A– (aq) + H2CO3 (aq)
H2CO3 (aq)  CO2 (aq) + H2O (l)
Als Säure wird häufig Citronensäure oder Weinsäure eingesetzt. Weil mehr Kohlendioxid gebildet
wird, als in Wasser löslich ist, steigt es als Gas auf und erzeugt dabei eine Umwälzströmung, die
einerseits den Auflösevorgang durch „Rühren“ beschleunigt und andererseits die gelösten Stoffe
im ganzen Glas verteilt. Den Brausecharakter kommt vom Teil des Kohlendioxids, welches sich in
Wasser löst.
Diese Fragestellung eignet sich gut als Einstieg zum Thema Säure/Basen, da die
Reaktionsgleichung nicht kompliziert ist. Ebenfalls kann man auf diesen Versuch im Praktikum
zurückgreifen und die SuS selber eine Brausetablette herstellen lassen.
Andrea Lindblom
Warum rosten wir nicht, obwohl unsere Körper Eisen enthalten?
Unser Körper enthält zwar tatsächlich Eisen, aber nie in metallischer Form, sondern immer in
oxidierter Form als Eisenionen (Fe2+ und Fe3+), meist gebunden an Makromoleküle wie im Häm B
(siehe Abbildung unten). Diese Ionen können also nicht rosten, da sie bereits oxidiert sind.
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 8
Zusatzinformation:
Eisen ist ein sogenanntes „essentielles Spurenelement“ in unserem Körper: „Essentiell“, weil es für
unseren Körper sehr wichtig ist, da es im Blut für ausreichenden Sauerstofftransport und
Sauerstoffspeicherung verantwortlich ist. Und „Spurenelement“, weil es nur in kleinen Mengen im
Körper anzutreffen ist. Die Gesamtmenge an Eisenionen in einem menschlichen Körper beträgt
ungefähr 5g[1], also ca 0.008% des Körpergewichts.
[1]http://www.arztpraxis-hittnau.ch/Gesundheits-Tipps/Eisenmangel/eisenmangel.html
Eignung für den Unterricht:
Zur Einleitung im Thema Metalle oder Redox-Reaktionen.
Michael Schär
Weshalb sind wässrige Lösungen von Salzen „leitfähig“?
oder: Warum leiten Salze den elektrischen Strom nur, wenn sie gelöst sind?
Der Aufbau der Salze im festen Zustand kann modellhaft als Ionengitter betrachtet werden. Was
sind Ionen? Ionen sind geladene Teilchen (Atome, Moleküle). Positiv geladene Ionen werden als
Kationen und negativ geladene Ionen als Anionen bezeichnet. Im Ionengitter haben diese
geladenen Teilchen einen festen Platz und sind regelmässig angeordnet. Viele Salze lösen sich in
Wasser auf. Dabei zerfällt das Ionengitter in seine Bestandteile und die Ionen können sich nun
(ziemlich) frei in der wässrigen Lösung bewegen.
Bei einer Leitfähigkeitsprobe verbindet man die beiden Pole einer Spannungsquelle (Plus und
Minus) mit der Probe (hier: wässrige Lösung). Dazwischengeschaltet ist ein Verbraucher (hier: eine
Lampe), welcher durch seinen Betrieb anzeigt, ob der Strom fliesst.
Leitfähigkeit bedeutet im strengen Sinne, dass Elektronen vom Minuspol zum Pluspol gelangen
können. Dies kann hier nicht geschehen, denn H2O alleine leitet den elektrischen Strom nicht.
Allerdings bewegen sich die Kationen zum Minuspol (Kathode) und die Anionen zum Pluspol
(Anode). Dort angekommen nimmt das Kation eine bestimmte Anzahl Elektronen auf. Auf der
anderen Seite gibt das Anion seine überschüssigen Elektronen ab.
Obwohl also keine Elektronen auf direktem Weg vom Minuspol zum Pluspol wandern, findet an
beiden Seiten eine Aufnahme und Abgabe von Elektronen statt. Somit können andauernd
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 9
Elektronen durch die Lampe fliessen (Gleichstrom), was sich durch das Leuchten der Lampe
äussert. Gleichzeitig laufen bei diesen Elektronenübertragungen auch Reaktionen ab, neue Stoffe
entstehen – man nennt den Vorgang auch Elektrolyse (Zersetzung durch elektrischen Strom).
Giorgio Zambrino
Warum verhindert Zitronensaft, dass aufgeschnittene Äpfel und Birnen
braun werden?
Pflanzenzellen haben mehrere Kompartimente, beispielsweise Vakuolen und Plastiden, die
voneinander durch Membranen getrennt sind. Die Vakuolen enthalten Phenolverbindungen, die
manchmal farbig, meist aber farblos sind; in den anderen Kompartimenten der Zellen befinden sich
Enzyme, die man als Phenoloxidasen bezeichnet.
In einer gesunden Pflanzenzelle sind Phenolverbindungen und Oxidasen durch Membranen
getrennt. Wird die Zelle jedoch beschädigt – beispielsweise weil man einen Apfel zerschneidet - ,
laufen Phenolverbindungen durch die zerstörte Membran aus der Vakuole aus und kommen in
Kontakt mit den Oxidasen. Kommt dann noch Sauerstoff aus der Umgebungsluft hinzu, oxidieren
diese Enzyme die Phenolverbindungen; die dabei entstehenden Produkte tragen zum Schutz der
Pflanze bei und begünstigen die Wundheilung, färben das Pflanzengewebe aber auch braun.
Die Verfärbung lässt sich durch zwei Substanzen blockieren, die beide im Zitronensaft enthalten
sind. Die Erste ist das Vitamin C, ein biologisches Antioxidans, das an Stelle der
Phenolverbindungen aus dem Apfel oxidiert wird, dabei aber farblose Produkte bildet. Die Zweite
sind organische Säuren, insbesondere die Zitronensäure, die den pH und das Optimum der
Oxidasen absenken und damit die Verfärbung verlangsamen.
Zitronensaft hat einen über fünfzigmal höheren Vitamin C Gehalt als Äpfel oder Birnen. Ausserdem
ist er mit einem pH von unter 2 auch wesentlich saurer als Apfelsaft – das schmeckt man sofort.
Deshalb unterbindet Zitronensaft die braune Verfärbung.
Auch ohne Zitronensaft kann man verhindern, dass zerschnittene Äpfel braun werden, wenn man
sie in eine Stickstoff- oder Kohlendioxidatmosphäre bringt, sodass der von den Oxidasen benötigte
Sauerstoff fehlt.
Ein Gemüse, an dem man die braune Verfärbung ausgezeichnet beobachten kann, ist der
Knollensellerie. Von seiner Wurzelknolle kann man eine grosse, relativ gleichmässige Scheibe
abschneiden und dann auf die Schnittfläche mehrere kleine Scheiben aus Filterpapier legen, die
jeweils mit einer anderen Lösung getränkt sind, beispielsweise Zitronensaft, Apfelsaft, Vitamin C,
anderen Antioxidantien, Zitronensäure, andere Säuren u.a.. Hemmt die Substanz in einem der
Papierstücke die Wirkung der Oxidasen, bleibt auf der ansonsten braunen Oberfläche ein weisser
Kreis zurück.
Quelle: „Wie dick muss ich werden, um kugelsicher zu sein“, Fischer Taschenbuch Verlag.
Amadeus Bärtsch
HS 2011
Fachdidaktik Chemie ETH
Übung: Einstiegsfragen S. 10
Sandro Brandenberger
Weißt du wie man gerade Haare wellen oder gelockte Haare gräden kann?
Kann angesiedelt werden bei den Enzymen oder Reduktions- Oxidationsmitteln. Jeder Schüler
kennt diese Art der Formänderung der Haare, kann sie aber nicht erklären. Zudem kann die
Bedeutung der S-Brücken für die Struktur der Enzyme verdeutlicht werden.
Du hast gelernt, dass die räumliche Struktur der Enzyme durch Wasserstoffbrückenbindungen und
vor allem Schwefelbrücken (Disulfidbrücken) festgelegt wird. Auch die Struktur der Haare wird
durch Schwefelbrücken stabilisiert. Will man die Struktur der Haare ändern, muss man diese
Brücken zuerst zerstören, die Haare in die gewünschte Form bringen und anschliessend wieder
ausbilden. Um die Schwefelbrücke zu zerstören, gibt die Coiffeurin Thioglykolsäure auf die Haare
(aus einer -S-S- Brücke werden zwei -SH HS- Gruppen), um diese wieder zu bilden
Wasserstoffperoxid.
Anne Marowsky
Warum wird Wasser gasförmig, wenn man es erhitzt, ein Ei hingegen fest?
Einführung in die typischen Eigenschaften von Proteinen (Albumin etc im Ei) wie die korrekte
Faltung, die beim Erhitzen verloren geht (Denaturierung).
Amadeus Bärtsch
HS 2011
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