Polymere

Es werden verschiedene Versuchsreihen zum Thema Polymere bzw. Makromoleküle angeboten. Bei den Biopolymeren  können Versuche mit verschiedenen Polysacchariden – Stärke, Cellulose und dem ionischen Algen-Kohlenhydrat Alginat -  sowie mit Proteinen ausgewählt werden. Dem gegenüber stehen Experimente mit synthetischen Polymeren, Polyester, Polyamid, Polystyrol, Gummi und Polyacrylat, dem Gegenstück zum Alginat. Die Experimente sind alltagsnah (Bezüge: Waschpulver, Gummibärchen, Luftballons, Joghurtbecher, Haargel, Höschenwindeln u. a.) und befasssen sich mit den Aspekten Architektur/Bauprinzip von Polymeren, Auf- und Abbau, typischen Polymereigenschaften, die mit Hilfe von Modellen als Konsequenz ihrer Struktur verstanden werden können.

Geeignet für alle Schultypen

Die Experimente sind prinzipiell für ein breites Altersspektrum, beginnend etwa bei Klasse 4 bis in die Sek II geeignet, die Auswahl und die Art und Tiefe der Diskussion der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen muss je nach Alter und Vorkenntnissen angepasst werden. Dies war Bestandteil des Konzepts dieses Projektes (s. Hintergründe).

Bezüge zum Lehrplan

Chemie Klasse 5/6

(Stoffeigenschaften: Unterscheiden von Stoffeigenschaften ausgesuchter Alltagsmaterialien, Arbeit mit Modellen)

Chemie, Klasse 9

(Ionen: Wichtige Salzeigenschaften, Arbeit mit Modellen, Herstellen von Alltagsbezügen)

Chemie, Klasse 10

(Organische Chemie: Stärke und Cellulose im Vergleich, Werkstoffe, Kunststoffe, Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere, Polymer und Polykondensation, Stoffeigenschaften und Baustruktur (Arbeit mit Modellen))

Chemie, Klasse 10 WPK (Wahlpflichtkurs RS)

(Makromoleküle, Werkstoffe, Fasern und ihre Verwendungsmöglichkeiten mit Blick auf die Baustruktur der Moleküle)

In der molekularen Struktur von Stoffen liegt der Schlüssel zu ihren Eigenschaften. Ob etwas fest oder flüssig ist, stabil oder leicht entzündlich, süß schmeckt, giftig ist, klebt oder Filme bildet, all das ist in der Struktur der Moleküle angelegt, wenngleich die Eigenschaft oft erst durch Organisation von Molekülen auf eine bestimmte Weise zur Ausprägung kommt. Makromoleküle oder Polymere zeigen aufgrund ihrer Molekülgröße direkt beobachtbare typische Eigenschaften wie Zähigkeit (Viskosität), Gelbildung, Wasserbindung, elastisches, thermoplastisches (= thermisch verformbar) oder duroplastisches (hart, nicht verformbar) Verhalten. Ihr Auf- oder Abbau macht deutlich, dass die kleinen Bausteine andere Eigenschaften haben als die langen Ketten. Auch ohne tiefgehende Kenntnisse über Atomaufbau und Bindungstheorie ist der Zusammenhang zwischen (räumlicher) Struktur und stofflichem Verhalten mit einfachen Modellen darstellbar. Damit ist die Thematik an ein breites Altersspektrum und an alle Schultypen anpassbar.  Ziel dieses Projektes ist es, den Zugang zu einem grundlegenden Konzept der Chemie zu eröffnen. Unterstützt wurde es vom FCI, vom Franz-Patat-Zentrum und von DowWolff Cellulosics und von Dr. Ilka Deusing-Gottschalk unter dem Titel „Von Groß zu Klein“ ausgearbeitet.

Die Versuchsreihen zu den Polymeren Stärke, Alginat, Proteine, Polystyrol, Elastomere und Polyacrylate wurde bisher mit verschiedenen Schülergruppen der Klassenstufen 4 bis 8 durchgeführt. Die entsprechenden Einführungen bzw. Auswertungen wurden ebenso wie die zur Erklärung verwendeten Modelle an die Vorkenntnisse der SchülerInnen und die Wünsche der Lehrkräfte  angepasst. Die Kinder waren den neuen Themen und Versuchen gegenüber sehr aufgeschlossen.

Beim Bauen von Model­len aus Bausteinen oder beim "Molekül spielen" zeigten besonders die jüngeren Kinder großes Engagement. Die Übertragung der Modellvorstellungen auf ihre Beobachtungen in den Ver­suchen ge­lang den meisten SchülerInnen gut. Sie waren z. B. in der Lage, zugrunde liegende Strukturen oder Abläufe  anhand ihrer Beobachtungen in eigenen Worten korrekt zu erläutern.

Einige Veranstaltungen wurden nachträglich von Lehrkräften beurteilt: das Interesse der SchülerInnen an dem Thema war positiv beein­flusst worden, der Lern­erfolg wurde als groß bewertet.

A    Biopolymere

Stärke

  → Wie sieht Stärke aus?
  → Nachweis von Stärke mit Iod
  → Abbau von Stärke mit Speichel / Abbau von Stärke mit Speichel oder Säure
  → Was macht der Speichel aus der Stärke?
  → Ein starker Kleber?
  → Herstellung einer Folie aus Stärke
  → Enzymatischer Aufbau von Stärke aus Glucose

Cellulose

  → Fasern aus Cellulose: Herstellung von Kupferkunstseide

Alginate

  → Alginat-Spaghetti - Welches Salz können wir verwenden?
  → Alginat-Spaghetti - Wieviel Salz brauchen wir?
  → Alginat-Maccharoni
  → Herstellung restrukturierter Paprikastreifen

Proteine

  → Eiweißabbauende Enzyme im Alltag
  → Was hält das Gummibärchen in Form?
  → Gelatinefolie und -schaumfolie
  → Kunststoff aus Milch

B    Synthetische Polymere

Korrelation von Polymerarchitektur und -eigenschaften am Beispiel von Polyestern und Polyamiden

  → Thermoplast oder Duroplast?
  → Bauprinzipien von Polymeren
  → Veresterung von Glycerin mit unterschiedlichen Säuren
  → Umformung von PET und Vergleich einiger Eigenschaften mit PE
  → Herstellung von Nylon

Verhalten von Thermoplasten am Beispiel Polystyrol

  → Umschmelzen und Tiefziehen von Polystyrol
  → Styropor recyceln
  → Umformen von Polystyrol durch Lösen
  → Wiederaufschäumen von Styropor
  → Polystyrol als Gerüstsubstanz

Elastomere

  → Eigenschaften von Gummi

Wasserbindung von Polyacrylaten

  → Wasseraufnahmeermögen von Stoffen
  → Wasserbindevermögen eines Superabsorbers
  → Polyacrylat im Haargel

Einleitung

Biopolymere

• Stärke
• Cellulose
• Alginat
• Proteine

Synthetische Polymere

• Polyester/Polyamid
• Polystyrol
• Elastomere
• Polyacrylate