Soviel zum Thema Scientific Literacy: Von brennenden Heliumballons…

Und gerade habe ich mal wieder ein Beispiel dafür gefunden, dass der naturwissenschaftliche Unterricht offenbar bei der Aufgabe, breiten Bevölkerungsschichten ein naturwissenschaftliches Basiswissen bereitzustellen, versagt hat. Der Bildblog berichtet von einem Bericht der Nachrichtenagentur Reuters:

 […] explodierten lokalen Medienberichten zufolge mit Helium gefüllte Ballons während einer Wahlkampfveranstaltung auf dem Platz der Republik. Das Gas sei durch eine Zigarette entzündet worden […] (Hervorhebung durch H.S.)

Schockierend! Sollten doch allerspätestens Zehntklässler wissen, dass Edelgase, zu denen immerhin auch Helium gehört, nur sehr ungern überhaupt mit irgend etwas reagieren. Und schon gar nicht explodieren. Ich möchte gar nicht lange spekulieren, was tatsächlich in den genannten Ballons zu finden war. Helium sicherlich nicht, wohl viel eher Wasserstoff-Gas. Dieses kann tatsächlich eine nette kleine Explosion verursachen, wie das folgende Video beispielhaft zeigt:

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Vielmehr geht es mir darum, wie es bei – mutmaßlich studierten Menschen – zu einer  solchen Zur-Schau-Stellung offensichtlicher Unwissenheit kommen kann. Die Schule stellt, sollte man meinen, bereits seit Jahrzehnten das nötige Sachwissen zur Verfügung, um Nachrichten dieser Art verstehen und einordnen zu können. Edelgase werden genauso wie einfache Atommodelle nicht erst seit einigen Jahren in der Schule behandelt. Offenbar fehlt aber etwas entscheidendes, damit dieses Wissen auch im späteren Leben im Alltag wirksam werden kann. Netter Weise liefert Reuters mit der oben zitierten Pressemitteilung Unterrichtsmaterial, mit dessen Hilfe heutige Schüler in einigen Jahren vielleicht reflektierter mit solchen Meldungen umzugehen wissen – sie haben, so bleibt zu hoffen, Scientific Literacy erworben. Also, liebe Lehrer: Nutzt die zitierte Meldung, um Chemieunterricht lebensnäher zu gestalten!

Bewertungskompetenz im Physikunterricht und der Master…

Wie dem Titel unschwer zu entnehmen ist schreibe ich zur Zeit meine Masterarbeit an der Uni Hamburg im Bereich Physikdidaktik. Ganz konkret geht es um Bewertungskompetenz (darüber demnächst mehr!) und noch konkreter darum, ein Instrument zu entwickeln, mit dem sich Bewertungskompetenz messen lässt.

Hierzu werde ich zwei siebte Klasse in einem Pre-Post-Test-Setting als Versuchskaninchen nutzen und bin gerade mitten in der Entwicklung von passenden Testaufgaben. Bevor ich mit diesen dann endgültig ins Feld gehe, bin ich aber auf eure wohlwollende Mithilfe angewiesen: Ich hätte gerne Rückmeldungen zu den von mir entwickelten Aufgaben (bisher 5 an der Zahl). Ihr würdet mir einerseits schon wahnsinnig helfen, wenn ihr die Aufgaben einfach mal (stichwortartig?) beantwortet und andererseits kurz euren Senf zur weiteren Verbesserung dazugebt.

Damit ich eure Antworten (natürlich anonym!) einfacher den entsprechenden Aufgaben zuordnen kann, habe ich für jede Aufgabe eine Umfrage bei GoogleDocs fertig gemacht. Dort findet ihr auch den Link zur jeweiligen Aufgabe (im PDF-Format). Ich danke euch allen schon jetzt für eure Hilfe!

Schritt für Schritt zur Vision der freien Bildungsmaterialien. Was kann ich tun? #OER

Seit einigen Wochen kocht in vielen, vielen Blogs die Diskussion rund um freie Bildungsmaterialien hoch. In der anglophonen Welt wird schon – so sagt zumindest die Wikipedia – seit geraumer Zeit über freie Bildungsinhalte diskutiert. Spätestens seit den Diskussionen um den sogenannten „Schultrojaner“ hat die Diskussion nun auch Deutschland erreicht.

Ich möchte gar nicht so sehr den Stand der Debatte nochmals zusammenfassen. Das haben Torsten Larbig (sogar mehrmals), Thorsten Gross und viele andere bereits ausführlich getan. Eine gewisse Infrastruktur ist im Entstehen begriffen (z.B. die Webseite freiebildungsmedien.de) und auch ansonsten ist vieles im Fluss. Was soll also dann dieser Blogpost?

Ich möchte ein wenig darüber nachdenken, was ich, als einzelner Lehrer (bzw. in meinem Fall angehender Lehrer) tun kann, um vom Gedanken der freien Bildungsmedien zu profitieren und diesen zu unterstützen. Diese Überlegungen möchte ich ganz konkret auf die naturwissenschaftlichen Fächer beziehen.

Warum sollte ich, als einzelner Lehrer überhaupt etwas tun?

Diese Frage beantwortet Thorsten Gross in so schöner Weise, dass ich es gerne hier wiedergeben möchte:

 Nicht selten kommt auch der Hinweis: “Du, ich hab’ da ein Arbeitsblatt, das kann ich dir gerne geben.” und wer ist nicht dankbar dafür? Unter Kollegen/innen ist es auch keine Frage, dass man das Arbeitsblatt abändern darf, um es der eigenen Situation anzupassen

Innerhalb einer Schule ist es seit langem Gang und Gäbe, Materialien zu tauschen und weiterzugeben. Selbstverständlich sind diese Materialien veränderbar und in diesem Sinne innerhalb eines bestimmten, relativ klar abgegrenzten Personenkreises „frei“. Materialien zur Verfügung zu stellen ist also für Lehrer kein Neuland.

Das Internet verändert nun den möglichen Adressatenkreis. Plötzlich sind nicht mehr nur die wenigen direkten Fachkollegen als potentielle Materialquellen und -abnehmer denkbar, sondern auch Kollegen aus ganz Deutschland, ja dem gesamten deutschsprachigen Raum. Man stelle sich folgendes vor: Jeder Physiklehrer aus dem deutschen Sprachraum stellt nur ein wirklich gut durchdachtes Arbeitsblatt für alle anderen zur Verfügung. Welcher Schatz dort schlummert, welche Arbeitserleichterung und Inspirationsquelle!

Illusorisch? Ja, zugegeben. Realität kann so ein Traum nur werden, wenn

  • alle Mitmachen. Wer vom eingestellten Material profitieren möchte, sollte sich auch dazu anspornen, selbst Material zur Verfügung zu stellen. Quid pro Quo.
  • Copyright beachtet wird.

Wirklich neu ist wohl nur der erste Punkt: Auch früher, in der Prä-Internetära, bekam ein Kollege, der nie etwas zum „gemeinsamen Materialpool“ der Fachschaft beisteuerte, selten etwas zurück. Zu klären ist also die Frage des Copyrights.

Freie Lizenzen als Schlüssel

Wie Cashy so schön schreibt: Im Internet wird man furchtbar schnell juristisch angreifbar. Ein Bild oder auch ein Video sind schnell auf der eigenen Webseite eingebunden oder aus einem Buch kopiert. Ich unterstelle einfach mal: Kopieren (aus Büchern, …) war und ist in vielen Schulen gängige Praxis. Der Passus mit dem sogenannten Schultrojaner wurde wohl nicht ohne Grund geschrieben…

Bei der Bereitstellung im Internet wird hieraus ein Problem. Abhilfe schaffen freie Lizenzen wie die Creative Commons-Lizenz. Diese gibt es in verschiedenen Spielarten, was sie unterscheidet erklärt Cashy in zwei Teilen wirklich gut. Wird das gesamte Material unter einer CC-Lizenz ins Netz gestellt, so wird im Grunde das „Geschäftsmodell“ von früher, die Weitergabe inkl. der Veränderungsrechte, ins 21. Jahrhundert transportiert.

Bei der Erstellung von Arbeitsmaterial sollte der Lehrer, der die oben skizzierte Vision teilt, also möglichst sofort freie Bilder und Texte benutzen. Stellt sich die Frage: Woher nehmen, wenn nicht selbst machen? Da hilft z.B. Damian Duchamps mit seiner Seite CC-your-Edu.de weiter. Dort findet ihr Hinweise zu Quellen von CC-Material. So erstelltes Material kann dann online zugänglich gemacht werden, beispielsweise auf einer eigenen Webseite. Solange es keine „richtige“, zentrale Sammelstelle gibt, ist es natürlich schwierig, diese bekannt zu machen und zu finden. Aber was das angeht bin ich zuversichtlich, was das angeht ist die eingangs verlinkte Fraktion um Torsten Larbig doch recht aktiv.

Was heißen freie Bildungsmaterialien für Physik und Chemie?

Gehen wir noch einen Schritt weiter und fragen: Welche freien Inhalte brauchen wir für den Physik- und Chemieunterricht? Das habe ich – gemeinsam mit u.a. Birgit Lachner, die auch erstes Chemiematerial als OER kennzeichnet, in einem Etherpad zu diskutieren begonnen. Ich möchte meine Gedanken dazu nochmal zusammenfassen und konkretisieren:

  • Arbeitsblätter sind ein erster, wichtiger Schritt. Hierzu zähle ich sowohl Übungsaufgaben (ggf. auch mit Lösungen), Aufgaben mit gestuften Hilfen, Lernzirkel, Gruppenpuzzle, Experimentieranleitungen verschiedener Schwierigkeitsstufe usw.
  • Darüber hinaus wären verschiedene Spiele schön. Diese lassen sich beispielsweise zur Wiederholung einsetzen und können Unterricht sehr stark auflockern. Sie selbst zu erstellen ist allerdings oft sehr zeitaufwendig.
  • Erklärende Texte, wie sie in einem Lehrbuch auftauchen. Ohne diese erklärenden, zusammenfassenden Texte kann ich mir auch in Zukunft keinen naturwissenschaftlichen Unterricht vorstellen. Auch diese müssen in Zukunft, altersangemessen mit angemessener didaktischer Reduktion unter einer freien Lizenz zur Verfügung gestellt werden.
  • Animationen, Moodlekurse, … können das Angebot abrunden und Lehrbücher im klassischen Sinne überflüssig werden lassen.

Besonders die Erstellung von Lehrbuchtexten ist in meinen Augen äußerst komplex, zeitintensiv und braucht große Erfahrung. Freie Lehrbücher werden also wohl nur nach und nach entstehen und sind eine eher langfristige Perspektive.

Alles andere wird aber sowieso tagtäglich durch Lehrerinnen und Lehrer in Deutschland erstellt. Wenn wir dabei auf CC-Material zurückgreifen und sie online verfügbar machen, ist ein Materialpool hier vergleichsweise schnell zu verwirklichen. Also, packen wir es an!

Ich möchte diesen Blogpost mit einer kleinen Selbstverpflichtung abschließen: Ich werden nach und nach von mir erstelltes Material hier im Blog zur Verfügung stellen. Dazu werde ich demnächst eine kurze Übersichtsseite erstellen. Ich würde mich freuen, wenn viele andere mir auf diesem Weg folgen würden!

MindMap: Basiskonzept „Das chemische Gleichgewicht“

Die Bildungsstandards im Fach Chemie kennen für den mittleren Schulabschluss vier Basiskonzepte, die als durchgängige Prinzipien helfen können, Wissen zu strukturieren. Diese sind:

  • Stoff-Teilchen-Beziehung
  • Struktur-Eigenschafts-Beziehung
  • die chemische Reaktion
  • Energieumsatz
Etwas griffiger finde ich eine andere, in der Fachdidaktik gängige Formulierung (Material vom Klett-Verlag). Dort finden sich diese 5 Basiskonzepte, die so in meinen Augen auch gut auf die Ausbildung bis zum Abitur und darüber hinaus Gültigkeit als strukturierende Prinzipien besitzen:
  • Stoff-Teilchen-Konzept
  • Donor-Akzeptor-Konzept
  • Gleichgewichtskonzept
  • Energiekonzept
  • Struktur-Eigenschafts-Konzept
Diese 5 sind sozusagen die „big ideas“ der Chemie und tauchen in den verschiedensten Bereichen der Chemie immer wieder auf. Überschneidungen mit der Physik sind übrigens nicht nur zufällig….

Als Vorbereitung eines Uni-Seminars habe ich über das Basiskonzept des chemischen Gleichgewichts eine MindMap erstellt und versucht, Verknüpfungen untereinander deutlich zu machen. Das Basiskonzept liefert also eine Struktur, in die Themen eingeordnet werden können. Die MindMap ist sicherlich nicht vollständig, vielleicht bietet sie dem Einen oder der Anderen eine (Lern-)Hilfe oder dient als Gesprächsanlass. Die MindMap stelle ich hiermit – wie alle Texte auf meiner Webseite – unter eine CC-Lizenz. Unter Namensnennung dürft ihr also damit gern machen, was ihr möchtet!

Download (pdf): Basiskonzept. Das chemische Gleichgewicht

Periodensystem – Auf künstlerische Art und Weise

Es kann Verknüpfungen zwischen Kunst und Chemie geben: Über Periodic Table of Videos (darüber schrieb ich hier schon einmal) bin ich auf diese wunderschöne Darstellung des Periodensystems gestoßen. Jedes Element wurde von einem Künstler gestaltet. So mag sogar ich als absoluter Kunstbanause Kunst ;)

Es ist tatsächlich faszinierend, sich über die einzelnen Elemente Gedanken zu machen. Warum zeigt das Bild zu Cobalt etwa ein menschliches Skelett? Die Webseite verrät es: Cobalt ist das Zentralatom von Vitamin B12. Wusste ich noch nicht, kann aber als nette Anekdote in der Schule dienen. Großartig!

Ringvorlesung an der Uni Hamburg

Leider ist wieder seit längerer Zeit nichts mehr passiert auf meinem Blog. Das soll sich aber in Zukunft auch wieder ändern, ihr dürft ein wenig gespannt sein. Heute möchte ich euch nur kurz auf eine Ringvorlesung an der Uni Hamburg hinweisen:

Nanomaterialien in der zukünftigen Energieversorgung

Inhaltlich geht es um Photovoltaik, SmartGrids und chemische Energiespeicher. Ein Besuch lohnt sich glaube ich!

Die Vorlesung findet immer Mittwoch nachmittags von 17-18 Uhr im Hörsaal B des Fachbereits Chemie der UHH statt (Martin-Luther-King-Platz). Weitere Informationen gibt es hier.

Lecker Lecker: Selbst gemachtes Eis!

Nächste Woche will ich mit Schülern als Abschluss einer längeren Einheit selbst Eis herstellen. Die Einheit ist übrigens sehr empfehlenswert und hier frei zugänglich zu finden. Fertige Arbeitsblätter habe ich daraus gebastelt und stelle sie bei Gelegenheit gern zur Verfügung!

Aber zur Eisherstellung: In Stationenarbeit haben die Schüler gelernt, dass durch eine Eis-Salz-Mischung sehr kalte Temperaturen erreicht werden können. Kalt genug jedenfalls, dass auch Fette erstarren! Bevor ich das mit den Schülern ausprobiere, muss ich mir natürlich sicher sein, dass alles funktioniert. Gesagt, getan: Zuerst habe ich eine gute Menge (ich habe 500 g benutzt) Eis zerkleinert und mit 150 g Kochsalz gut vermischt. Dann habe ich einen kleinen Kochtopf in ein größeres Plastikgefäß gestellt und in den Zwischenraum die Eis-Salz-Mischung gefüllt.

In den Topf kam dann das, was das Eis lecker macht: Zwei Becher Sahne, drei Päckchen Vanillezucker und ein guter Schuß Bailey’s. Letzteres ist wohl eher nicht schulgeeignet… Dann habe ich mit einem Plastiklöffel gerührt. Und gerührt. Und gerührt. Und ja, nach 15 Minuten war das Eis wirklich fest. Und schmeckte tatsächlich lecker. Wird das der Hit des NW-Unterrichts? Ich hoffe doch!

Übrigens: Jetzt ist mir übel. Aber lecker war’s. Hier zwei Fotos der Aktion – das Eis wurde auch noch deutlich fester als auf dem Bild:

Eis - noch wird kräftig gerührt
Eis - noch wird kräftig gerührt
Eis - langsam wird's fest
Eis - langsam wird's fest

 

Vortrag von Prof. Oliver Reiser: Chemie im Alltag

Heute abend hatte ich die Gelegenheit, einen sehr interessanten und kurzweiligen Vortrag von Prof. Reiser zum Thema „Chemie im Alltag“ an der Universität Hamburg zu hören. Und es hat sich durchaus gelohnt. Sehr zu empfehlen ist auf den ersten Blick seine Webseite, die mich doch sehr an das Angebot von Prof. Blume erinnert. Anschauen lohnt sich, ich habe beide Seiten in die Links aufgenommen.

Besonders nachdenklich haben mich mal wieder die Ausführungen zur Wahrnehmung der Chemie im Alltag gestimmt, die er hier umreißt. Da in den Augen vieler Menschen den Naturwissenschaften kein Bildungswert zukommt, habe ich heute länger darüber nachgedacht, worin dieser Bildungswert genau liegen könnte.

Was ich hier für die Physik gesagt habe, gilt in sehr ähnlicher Weise auch für die Chemie. Insgesamt können die Naturwissenschaften uns eine weitere Möglichkeit der Betrachtung der Welt eröffnen. Genauso wie Literatur, Geschichte oder andere Wissenschaften.

Aber weiter gedacht: Haben die Naturwissenschaften noch weiteren Bildungswert? Rein utilitaristisch betrachtet haben die Naturwissenschaften eine unglaubliche handlungspraktische Bedeutung, die mir gerade in jüngster Zeit wieder deutlich geworden ist. Als Stichworte seien Fukushima, Dioxine im Futter, Gentechnik, Präimplantationsdiagnostik und vielfältige Alltagsprodukte wie Benzin, Kunststoffe, … genannt. Differenzierte Diskussionen hierüber sind ohne ein breites naturwissenschaftliches Wissen schlicht nicht möglich. Mehr noch: ohne dieses Hintergrundwissen ist eine Teilnahme als mündiger Bürger an unserer Gesellschaft für mich kaum vorstellbar.

Und doch ist in der breiten Gesellschaft von „scientific literacy“ oftmals nichts zu spüren. Wir brauchen also besseren Unterricht!

 

Ziemlich Cool: Erdgas aus CO2 und Wasser

Eigentlich hatte ich ja vor, mir in einem Blogpost Gedanken über das Für und Wider der Kernenergie zu machen. Eigentlich, denn hängen geblieben bin ich bei einem sehr interessanten Projekt: Der Speicherung von CO2 in den vorhandenen Erdgasnetzen.

In einem Forschungsprojekt der Fraunhofer-Gesellschaft wird dies bereits erfolgreich erprobt und kann in meinen Augen als ein Baustein für die effiziente Nutzung regenerativer Energie dienen. Kurz zusammengefasst ist der Kerngedanke folgender (etwas ausführlicher im H2Blog):

CO2 wird aus der Luft gewonnen und mit überschüssigem Strom aus z.B. Windkraftanlagen wird Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff elektrolysiert. Der Wasserstoff wird dann katalytisch mit CO2 zu Methan, einem Hauptbestandteil des Erdgases, umgesetzt. Dieses kann dann in Gaskraftwerken oder privaten Heizungen verwertet werden. Der Clou: Für Erdgas gibt es bereits riesige Speicherkapazitäten. Ein Beispiel hierfür ist der relativ neue Erdgasspeicher in Kraak.

Strom hingegen lässt sich nicht wirklich gut speichern: Für eine ordentliche Ladungsportion werden schnell mal Akkus im Einfamilienhaus-Maßstab benötigt. Und die sind nach einigen Lade- und Entladezyklen früher oder später hinüber und leider dazu auch noch oft unter Selbstentladung. Die Speicherung in Form von Erdgas erscheint mir da wesentlich eleganter. Und noch etwas: Das ganze ist wirklich CO2-neutral. Es entsteht also nicht mehr CO2 als anfangs gebunden wurde.

Wie sieht das ganze auf chemischer Ebene aus? Dazu enthält der Link leider nur wenige Informationen. Ich reime mir das ganze in etwa als modifizierten Sabatier-Prozess zusammen. Im Grunde ist dies ein alter Hut, könnte aber mit neuartigen Katalysatoren wesentlich effizienter ablaufen. Beispielsweise wird aktuell an einem Ruthenium-Aluminium-Katalysator geforscht.

Es gibt aber auch andere Ideen sind zur Speicherung regenerativer Energien. Persönlich kommt mir noch ein Projekt zur Speicherung von Wärme – z.B. aus Solarzellen – durch reversible Salzhydratation in den Sinn. In diesem Projekt habe ich im Grunde meine Bachelorarbeit geschrieben, vielleicht raffe ich mich auch mal zu einigen Worten hierzu auf. Weitere Ideen sind natürlich auf Nanotechnologie beruhenden Akkus und viele Dinge mehr. Hierfür müsste natürlich „nur“ deutlich mehr Geld für die Forschung ausgegeben werden. Nur…

ChemZ 4 – Wie sieht mein Fazit aus?

Gut Ding will Weile haben – manchmal aber auch sehr viel Weile. Hier ist er nun aber, der letzte Teil meiner kleinen Serie über das Konzept ChemZ.

Fazit: Meine Erfahrungen mit ChemZ

Ich möchte hier zunächst aus meinem Praktikumsbericht über das Praktikum, in dem ich ChemZ ausprobiert habe, zitieren, um meine Erfahrungen zusammenzufassen.

Das von mir benutzte Konzept „Chemie mit medizintechnischem Zubehör“ hat mich während des Praktikums mehr und mehr überzeugt. Viele Reaktionen lassen sich mit Hilfe von Spritzen und einfachen, unempfindlichen Geräten schnell und mit kleinen Stoffmengen (auch im Schülerversuch) durchführen. Ein großer Vorteil ist weiterhin die einfache Handhabung von Gasen in den gasdicht verschließbaren Spritzen. Mit klassischen Glasgeräten ist die Handhabung von Gasen meist deutlich komplizierter und auch gefährlicher, da immer die Gefahr des Zerberstens besteht. Diese ist bei der Benutzung von Spritzen nicht gegeben.

Jedoch wird für den Umgang mit dem vielfältigen Zubehör eine gewisse Einarbeitungszeit benötigt, um alle Versuche schnell und erfolgreich durchführen zu können. So musste ich erst einmal lernen, wie genau die Spritzen mit den Hähnen verbunden werden, welche Möglichkeiten es gibt, Gase aufzufangen, wie ich am geschicktesten Spritzen miteinander verbinde und vieles andere mehr. Hier ist sind Kreativität und Spieltrieb gefordert.

Alles in allem hat mich das Konzept ChemZ gerade im Hinblick auf den Einsatz in der Schule überzeugt. Mit seiner Hilfe lassen sich viele Dinge wie die Dichtemessung mit guter Genauigkeit schnell und einfach sogar im Schülerversuch durchführen und viele Versuche, die ansonsten zu aufwändig/gefährlich wären, werden in der Schule durchführbar. Jedoch sollten in meinen Augen Schüler im Unterricht nicht den Eindruck bekommen, man könne alle Versuche mit Hilfe von Spritzen durchführen. Glasgeräte und „klassische“ Laborgeräte müssen daher auch in jedem Unterricht ihren Platz bekommen. Im Rahmen eines integrierten Konzeptes lässt sich ChemZ aber gewinnbringend einsetzen.

Ich möchte Stichpunktartig die Vor- und Nachteile der Benutzung des Konzepts „ChemZ“ niederschreiben und damit auch diese kleine Serie wesentlich später als geplant beenden.

Vorteile von ChemZ

  • Kostenfaktor – so günstig wie Spritzen, Hähne und Schläuche gibt es auf dem Markt wohl kaum ein Glasgerät zu kaufen.
  • einfacher Aufbau – die Versuche sind alle sehr schnell aufgebaut (nach einem gewissen „Warmwerden“ mit dem System) und ohne langes Schliffe-Fetten einsatzbereit
  • geringes Sicherheitsrisiko – gerade beim Arbeiten mit Gasen und bei „gefährlicheren“ Reaktionen ist das Risiko bei der Benutzung von ChemZ wesentlich geringer als bei der Benutzung von Glasgeräten. Zum einen sind die umgesetzten Stoffmengen vergleichsweise klein, zum anderen ist die Gefahr des Zerberstens nicht gegeben. So sind viele Versuche schnell und sicher auch als Schülerversuche durchführbar.
  • Auflockerung des Unterrichts – durch die Benutzung von aus anderem Kontext bekannten Geräten.

Nachteile von ChemZ

  • Genauigkeit – mit Spritzen ist eine Titration lange nicht so genau durchführbar wie mit klassischen Büretten und etwas Übung. Wobei gerade bei Schülern diese Übung naturgemäß oft auch fehlt.
  • Wissenschaftspropädeutik – im chemischen Labor ist es nicht üblich, mit solchen Geräten zu arbeiten. Ziel des Chemieunterrichts muss es auch sein, dass die Schüler auch den Umgang mit einfachen Glasgeräten lernen.
  • vermeintlicher Lebensbezug – auf der Webseite von ChemZ wird mehr oder minder behauptet, dass durch die Benutzung von medizintechnischem Zubehör ein größerer Bezug zur Lebenswelt der Schüler gegeben sei. Hier bin ich eher skeptisch, denn allein durch die Benutzung von bestimmten Geräten wird noch lange nicht zwangsläufig auch ein Phänomen aus dem Erfahrungsbereich der Schüler untersucht. Sicherlich sind mit dem Konzept derartige Versuche denkbar, jedoch sind diese genausogut auch mit herkömmlichen Glasgeräten machbar. Dieses ist in meinen Augen eher ein Scheinargument für ChemZ.

Schlussbemerkung: ChemZ kann in meinen Augen eine große Bereicherung für den Chemieunterricht in jeder Altersstufe darstellen und bietet eine kostengünstige, sichere und einfache Möglichkeit des Experimentierens – auch im Schülerversuch. Jedoch sollten Schüler genauso auch den Umgang mit „klassischen“ Glasgeräten kennenlernen. Einen echten Mehrwert bietet ChemZ also nur in einem integrierten Kurs mit starkem Bezug zur Lebenswelt der Schüler und der Benutzung klassischer Geräte.

Bisher in dieser Artikelserie:

ChemZ 3 – Nachweisreaktionen und Kochsalzdarstellung

Und weiter geht’s mit meinen Erfahrungen mit dem Konzept ChemZ.

Nachweisreaktionen

Selbst probiert habe ich den CO2-Nachweis mittels Kalkwasserprobe. Hierzu wurde, wie bereits von mir beschrieben, in einer Spritze Kohlenstoffdioxid entwickelt. Dieses lies sich durch ein im ChemZ-Koffer vorhandenes Schlauchstück mit passendem Luer-Lock-Ansatz direkt durch Kalkwasser sprudeln. So weit, so gut, so einfach.

Besonders eindrucksvoll – und relativ gefahrlos dazu – verläuft der Wasserstoffnachweis über die Knallgasprobe. Hierzu habe ich in getrennten Spritzen zunächst Sauerstoff bzw. Wasserstoff entwickelt und diese beiden Gase über einen Dreiwegehahn in einer weiteren Spritze im richtigen Verhältnis (Welches überhaupt?) vermischt.

Die Knallgasmischung wurde durch eine Kanüle durch Seifenlösung geblubbert, wobei wunderbar kleine Seifenblasen entstanden. Diese konnten mit einem längeren Streichholz oder einem Kerzenfeuerzeug angezündet werden und verfehlten nicht den gewünschten Effekt. Für diejenigen Mitleser, die noch nie selbst Zeuge einer Knallgasreaktion werden durften, hier einmal ein kleines Video.

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Alles in allem waren diese Nachweise äußerst einfach und – im Falle der Knallgasreaktion – auch optisch/akustisch mehr als reizvoll. Weniger gut gelungen ist mir der Sauerstoffnachweis. Leider stand mir keine Druckgasflasche mit Sauerstoff zur Verfügung, sodass ich diesen aus H2O2 und Trockenhefe selbst entwickeln musste. Darunter litt natürlich die Reinheit des Sauerstoffs. Wurde der Sauerstoff nun von mir aus der Spritze in ein Reagenzglas gedrückt, war noch das beste Ergebnis ein äußerst mageres Aufleuchten des Glimmspans….

Schmanker’l: Natriumchlorid-Synthese

Das absolute Highlight meines Praktikums war die Synthese von NaCl (also mehr oder minder handelsüblichem Kochsalz) aus Chlorgas und elementarem Natrium. Hierzu habe ich mir aus einem Reagenzglas ohne Ansatz einen kleinen Gasentwickler gebaut. Hierzu musste ich einen passenden Gummistopfen vorsichtig mit zwei Kanülen durchbohren. Achtung: Hierbei kann die Spitze der Kanülen leicht zerdrückt werden, sodass kein Gas hindurchgelangt.

Dieser wurde nun auf das  Reagenzglas gesetzt, in das zuvor eine Spatelspitze Kaliumpermanganat gegeben wurde. Auf die eine Kanüle wurde eine schwergängige Spritze mit konz. Salzsäure gesetzt, auf die andere eine leichtgängige Spritze zum Auffangen des Chlorgases. Dann wurde langsam HCl in das Reagenzglas getropft und man konnte sehr schön die Entwicklung grünlich-brauner Chlordämpfe erkennen.

Nachdem ich die mit Chlor gefüllte Spritze abgenommen hatte, wurde auf die Kanüle ein Aktivkohle-Adsorptionsröhrchen aufgesetz. Auch dieses konnte ich schnell und einfach aus einer Spritze basteln, von der ich zuvor den Stempel entfernt hatte.

In einem dickwandigen Reagenzglas brachte ich nun Natrium zum Schmelzen (geht mit dem Bunsenbrenner schon recht gut) und gab vorsichtig das Chlorgas über eine Kanüle hinzu. Die äußerst hübsche Reaktion begann, wie auch hier im Video zu sehen.

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Für die Idee zu diesem Versuch muss ich Viktor Obendrauf danken, der die Idee entwickelte, allerdings statt eines Reagenzglases eine Filmdose benutzte. Leider ist es heutzutage gar nicht mehr so einfach, Filmdosen aufzutreiben, weshalb ich ein Reagenzglas genommen habe…

Die Natriumchlorid-Synthese kann also mit ChemZ mit einem minimalen Aufwand an Geräten und Chemikalien erfolgen – ein großer Vorteil gegenüber der „klassischen“ Methode mit einem Gasentwickler und weiteren Glasgeräten.

Zum Schluss meiner kleinen Serie möchte ich im nächsten und letzten Teil kurz meine Erfahrungen mit ChemZ zusammenfassen und versuchen, Vor- und Nachteile des Konzeptes herauszuarbeiten.

Bisher in dieser Artikelserie:

ChemZ 2 – Versuche und Erfahrungen

Wie ich mir hätte denken können, war meine Zeit während des Praktikums zu knapp, um regelmäßig über meine Erfahrungen mit ChemZ zu berichten, wie ich mir eigentlich vorgenommen hatte. Jetzt ist das Praktikum seit einigen Tagen vorbei, auch der Praktikumsbericht ist mittlerweile abgegeben. Somit gibt es jetzt keine Ausreden mehr: Meine Erfahrungen mit dem Konzept „Chemie mit medizintechnischem Zubehör“ sollen geschildert werden. In diesem Post möchte ich über verschiedene Methoden der Herstellung von Gasen berichten. In weiteren Teilen möchte ich dann noch auf verschiedene Nachweisreaktionen mit Hilfe von ChemZ eingehen und in einem letzten Post meine Erfahrungen zusammenfassen.

Herstellung von Gasen

Die Darstellung von Gasen mit ChemZ sollte laut Handbuch einfach und unkompliziert sein – und das war sie nach einiger Übung auch. Zunächst probierte ich die Darstellung von Wasserstoff aus, indem ich wenig Magnesiumspäne in die Spritze gab und langsam verdünnte Salzsäure in die Spritze zog. Durch einen Dreiwegehahn lies sich die Spritze leicht verschließen, das Gas entsteht. Die Flüssigkeit kann leicht durch Öffnen des Hahns und Halten des Stempels herausgedrückt werden und man kann das Gas weiter verwenden. Sehr unkompliziert.

Nicht viel schwieriger war die Darstellung von Gasen mit einem vereinfachten Gasentwickler, der auf folgendem Bild zu sehen ist.

Ein einfacher Gasentwickler mit ChemZ
Ein einfacher Gasentwickler mit ChemZ

Unten im Reagenzglas mit Ansatz war beispielsweise Trockenhefe, zugetropft wurde durch einen mit einer Kanüle durchbohrten Stopfen langsam eine Wasserstoffperoxid-Lösung. Die in der Hefe vorhandene Katalase setzt das Peroxid zu Wasser und Sauerstoff um, wobei letzterer über den seitlichen  Ansatz in eine weitere Spritze überführt wurde. Funktionierte alles in allem sehr gut, wenn der ganze Kram auch schäumte wie blöd sehr stark schäumte. Kleiner Tipp: Wirklich langsam tropfen!

Sehr einfach lässt sich auch Kohlenstoffdioxid herstellen – und zwar nach beiden oben geschilderten Methoden. Versuche mit reinen Hydrogencarbonaten und Carbonaten und verdünnter Säure waren nicht so erfolgreich, da sich sehr viele, nur schwer entfernbare Rückstände in Spritzen und Reagenzglas bildete. Wesentlich besser funktionierte das Ganze mit handelsüblichen Brausetabletten: Bereits ein kleines Stück setzt in Kontakt mit Wasser eine schier unglaubliche Menge an CO2 frei, das in einer weiteren Spritze aufgefangen werden kann. Hier bieten sich auch diverse analytische Aufgaben an, die auch im ChemZ-Handbuch geschildert sind.

Charakterisierung der Produkte

Wie man mit ChemZ recht unkomplizierte Nachweisreaktionen durchführen kann, möchte ich in einem separaten Blogeintrag schildern. Dort dann auch noch ein weiteres Schmankerl (Stichwort Kochsalz). In diesem Zusammenhang möchte ich an dieser Stelle nur auf eine Möglichkeit hinweisen, die Dichte von flüssigen und gasförmigen Stoffen relativ einfach mit verblüffend großer Genauigkeit zu bestimmen.

Hierzu wird der Stempel einer Spritze mit einem einfachen Stahlnagel durchbohrt. Ich habe das mit einer Kombination aus Hämmern und einem scharfen Teppichmesser ganz gut hinbekommen. Nun kann man die Spritze mit Hilfe eines Stopfens verschließen, den Stempel gegen das entstehende Vakuum hochziehen und mit dem Nagel arretieren. So erhält man das Leergewicht der Spritze. Wird die Spritze (natürlich mit einem gleichen Volumen Flüssigkeit bzw. Gas) gewogen, so erhält man schnell einen guten Wert für die Dichte. Für die Dichte von Wasser sowie der von mit untersuchten Stoffe konnte ich auf diese Weise ganz gut die Literaturwerte reproduzieren. In der Schule ist diese Messung sonst ja manchmal mit einigem Aufwand verbunden. Zum Abschluss noch ein Bild der von mir präparierten Spritze:

Präparierte Spritze
Präparierte Spritze

Bisher in dieser Artikelserie:

ChemZ 1 – Der Koffer

Als ersten Teil meines Tests des ChemZ-Konzeptes möchte ich den „Lehrerkoffer“ der Firma ChemZ etwas näher unter die Lupe nehmen. Damit ihr euch einen Eindruck verschaffen könnt, beginne ich mit einem Übersichtsfoto.

Übersicht über den ChemZ-Koffer

Der Koffer an sich ist äußerst stabil, vergleichbar mit einem Werkzeugkoffer. Er enthält Fächer, die in ihrer Größe verstellbar sind. Außerdem ist er randvoll mit Spritzen diverser Größen und Formen, einer Hahnenbank, mehreren Dreiwegehähnen, Schläuchen, einem Reagenzglas mit seitlichem Ansatz und vielem anderen mehr. Meine erste Großtat: Ich begann zu spielen.

Denn das System bietet einem alten Lego-Bauer wie mir sehr viel Abwechslung. Hat man sich erstmal mit dem Luer-Lock-System (so sind Verbindungen einfach miteinander verschraubbar) angefreundet, entwickelt man schnell auch komplizierteste Aufbauten. Alles in allem war ich durch die vielen Möglichkeiten positiv angetan.

Jedoch gibt es beim Koffer auch einige Dinge, die ich mir zusätzlich gewünscht hätte. Das ChemZ-Konzept empfiehlt Silikonfett zum Fetten der Spritzen, damit diese leichtgängiger laufen. Leider ist dieses im Lehrerkoffer nicht zu finden. Einige Versuche mit Exsikkatorfett und Glycerin waren aber durchaus auch erfolgreich. Ich kann allerdings nicht beurteilen, in wie weit sich diese Art der Fettung auf die Lebensdauer der Spritzen auswirkt.

Außerdem wären einige Schläuche verschiedener Größen sehr praktisch gewesen. Diese finden sich aber wahrscheinlich in den allermeisten Schulen und stellen nicht wirklich ein Manko dar.

So, die Frage aller Fragen zum Schluss: Ist der Preis von 100 € gerechtfertigt? Hier von mir ein klares „Jein“. Die meisten Inhalte des Koffers sind doch eher centPfennigartikel, lassen sich im Handel aber meist nur in 100er oder 1000er Packungen kaufen. Zum „mal Ausprobieren“ ist der Koffer, soweit meine Recherchen reichen, die günstigste Version. Entscheidet man sich allerdings zur großflächigen Nutzung von ChemZ an einer Schule, so stellen die großen Packungen wohl kein deutliches Problem dar.

Im nächsten Teil meiner kleinen Serie werde ich über die Entwicklung von Gasen mit ChemZ schreiben und meine Erfahrungen schildern.

Bisher in dieser Artikelserie: