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!

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: