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Institut für Chemie

Aktuelle Vorträge

Fluoreszenz – Experimentelle Leckerbissen mit Textmarkern
Zusammenfassung: Lumineszenzerscheinungen in chemischen Versuchen üben
eine besondere Faszination auf den Beobachter aus. So ist es wenig
verwunderlich, dass in zahlreichen didaktischen Publikationen derartige
Phänomene aufgegriffen und Vorschläge für die Implementierung dieser
Thematik in den Chemieunterricht gemacht werden.
Fluoreszierende Stoffe sind z. B. in den meisten Textmarkern enthalten.
Diese gehören den unterschiedlichsten Farbstoffklassen an. So werden u. a. Xanthen-, Cumarin- und Stilbenfarbstoffe verwendet, die z. T. mit Acrylatdispersionen kombiniert werden.
Im Experimentalvortrag wird gezeigt, dass mit den Textmarkerfarbstoffen nicht nur markiert, sondern auch optisch spektakulär experimentiert werden kann. Ausgangspunkt der experimentellen Betrachtungen sind gelbe Textmarker, die den Farbstoff Pyranin enthalten. Die besonderen Eigenschaften dieses Fluoreszenzfarbstoffes werden anhand zahlreicher einfacher Experimente untersucht, die sich durchweg auch als Schülerexperimente eignen. Als Beispiel sei der bekannte Springbrunnenversuch genannt, der mit Pyranin aus einem Textmarker beeindruckende Fluoreszenzeffekte zeigt. In einem weiteren Experiment wird ein gelber Textmarker genutzt, um unsichtbare Geheimbotschaften zu verfassen. Im weiteren Verlauf des Vortrags wird ein besonderer Aspekt der Fluoreszenz in den Fokus genommen, und zwar die Beziehung zwischen absorbiertem und emittiertem Licht in Abhängigkeit vom Lösungsmittel. Hierzu wird ein einfaches und eindrucksvolles Experiment vorgeschlagen.

„A German Formula“ – Rezepte für Geheimtinten aus den Archiven der CIA
Zusammenfassung: Im Jahre 2011 hob der damalige CIA-Direktor Leon Panetta die Vertraulichkeit von Dokumenten auf, die 93 Jahre lang als amerikanisches Staatsgeheimnis eingestuft wurden. Das Konvolut enthält u. a. zahlreiche Rezepturen zur Herstellung unterschiedlicher Geheimtinten für den Einsatz im Nachrichtendienst. Im Experimentalvortrag wird eine Auswahl der Versuchsvorschriften herausgegriffen und die chemischen Hintergründe beleuchtet. Darüber hinaus wird aufgezeigt, dass diese Materialien für den Einsatz im Chemieunterricht hervorragend geeignet sind. Abschließend wird ein Experiment präsentiert, bei dem mit Haushaltsprodukten UV-Geheimtinte hergestellt wird.

Badeperlen Stressfrei – Fluoreszenzexperimente mit Bedarfsgegenständen
Zusammenfassung: Fluoreszierende Substanzen werden sehr vielfältig verwendet. So wird z. B. Fluorescein und sein Dinatriumsalz Uranin als Tracer in der Hydrologie eingesetzt, um Wasserläufe zu erforschen. Darüber hinaus findet es Anwendung in der so genannten Fluoreszenz-Angiographie, ein bildgebendes Verfahren zur Diagnostik von Erkrankungen des Augenhintergrundes. Die mit seiner intensiven Fluoreszenz verbundene Signalwirkung wird auch bei der Bergung von Schiffbrüchigen oder notgewasserten Piloten genutzt.
Experimente, bei denen fluoreszierende Effekte auftreten, üben gewöhnlich eine gewaltige Faszination auf den Schüler aus. Im Vortrag werden zahlreiche einfache Fluoreszenzexperimente präsentiert, die mit handelsüblichen Bedarfsgegenständen durchgeführt werden. Ausgangspunkt der Betrachtungen sind Kneipp-Badeperlen, die u. a. Uranin enthalten. Diese werden im Vortrag z. B. zum Nachweis von Bromdämpfen verwendet. Ebenso wie Luminol wird Fluorescein in der Forensik eingesetzt, um Blutreste zu detektieren. Im Vortrag wird ein Modellversuch vorgeführt, bei dem die o. g. Badeperlen genutzt werden. Hierbei tritt – im Gegensatz zur Verwendung reinen Fluoresceins – ein zunächst überraschender und eindrucksvoller Fluoreszenzeffekt auf, dem im weiteren Verlauf des Vortrags in einer forschend-entwickelnden Vorgehensweise unter Zuhilfenahme weiterer Haushaltsprodukte nachgegangen wird.

„Eine bärchenstarke Reduktion“ – Die reduktive Spaltung von Azofarbstoffen
Zusammenfassung: Zu den synthetischen Lebensmittelfarbstoffen zählt auch eine Auswahl von Azofarbstoffen. Ihre Anzahl ist jedoch nicht besonders hoch, da einige in Verdacht stehen, Allergien auszulösen bzw. andere gesundheitsschädliche Wirkungen zu haben. Darüber hinaus können Azofarbstoffe im Stoffwechsel zu aromatischen Aminen reduktiv gespalten werden. Hierbei würden bei einigen (nicht zugelassenen) Farbstoffen potentiell krebserzeugende aromatische Amine entstehen.
Neben der Verwendung als Lebensmittelfarbstoffe sind Azofarbstoffe die wichtigsten Farbmittel zum Färben von Textilien. Gegenstand zahlreicher interdisziplinärer Forschungsvorhaben sind die möglichen Auswirkungen, die bei direktem Kontakt entsprechender Kleidungsstücke mit der Haut auftreten. Vor dem Hintergrund, dass aromatische Amine in der Regel besser als Azofarbstoffe dazu in der Lage sind, durch die Haut zu penetrieren, ist die Frage nach einer möglichen Spaltung auf der Haut von großer Bedeutung.
Im Experimentalvortrag wird ein Unterrichtskonzept vorgestellt, mit dem es den Schülerinnen und Schülern der Sek. II ermöglicht wird, dieses spannende Themengebiet zu entdecken und zu erforschen. Ausgangspunkt ist die Spaltung von Brillantschwarz in Gummibärchen, bei der faszinierende Farbeffekte auftreten. Die Untersuchung der diesen Phänomenen zugrunde liegenden Vorgänge erfolgt im Vortrag mit zahlreichen einfachen und beeindruckenden Schulexperimenten. Schließlich wird im Modellexperiment gezeigt, dass auch Bakterien Azofarbstoffe reduktiv spalten können.

Colour Changing Markers – Ein spannendes Thema für den forschend-entwickelnden Chemieunterricht
Zusammenfassung: Seit einigen Jahren sind im Handel so genannte Color Changing Markers (andere Bezeichnung: Zaubermaler) erhältlich, die in der Farbe ihrer Hülse malen. Beim Übermalen mit einem beigefügten „Magic Pen“ ändert sich die Farbe – wie durch einen Zauber – in die der Kappe des jeweiligen Stiftes. Dieser motivierende Effekt kann im Chemieunterricht aufgegriffen und die Frage nach der Wirkungsweise dieser Stifte gestellt werden. Hierzu wurde von den Referenten eine Reihe von einfachen, aber beeindruckenden Schulexperimenten entwickelt, die im Vortrag präsentiert werden. Anhand dieser können die zugrunde liegenden chemischen Vorgänge im Unterricht von den Schülern erforscht werden. Ferner wird aufgezeigt, wie die Schüler aufbauend auf diesem Wissen ihre eigenen Zauberstifte sowie den Magic Pen selbst herstellen können.
Anhand dieser Thematik lassen sich in hervorragender Weise sowohl die Grundprinzipien der Farbigkeit von Stoffen als auch die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen der verschiedenen Farbstoffklassen als eines der wichtigen Basiskonzepte der Chemie exemplarisch thematisieren. Die Bearbeitung des Themas ermöglicht den Schülerinnen und Schülern die Anwendung (bzw. das Kennen lernen) wichtiger und für die Naturwissenschaft Chemie charakteristischer Fachmethoden, wie z. B. photometrische oder chromatographische Untersuchungen. Darüber hinaus stehen die Experimente aufgrund des Alltagsbezugs der Thematik in einem bedeutungshaltigen Kontext. Die Untersuchung der Zaubermaler liefert somit einen Beitrag zur Entwicklung der Denk- und Handlungskompetenz der Schülerinnen und Schüler.

Diamantenfieber – Ein Diamant ist unvergänglich
Zusammenfassung: Schon die Bezeichnung "Diamant" - abgeleitet von dem griechischen Wort "adamas" (unbezwingbar) - deutet auf eine große Widerstandskraft hin. Aber: Ist das wirklich so? Und: Was ist ein Diamant überhaupt chemisch betrachtet?
Im Vortrag werden eindrucksvolle Experimente präsentiert, die die Eigenschaften von Diamant auf-zeigen. Darüber hinaus erfährt der Zuhörer u. a. etwas über die historischen Versuche Lavoisiers, der bereits in den Jahren 1773 bis 1780 mit spektakulären Versuchen eine Antwort auf die Frage suchte, ob denn Diamanten tatsächlich unvergänglich seien. Es werden Filmsequenzen von James Bond und Superman auf ihren Wahrheitsgehalt überprüft, Legenden berühmter Diamanten erzählt und neue Wege zur Verewigung der menschlichen Existenz aufgezeigt…

"Nerven wie Drahtseile - Elektrochemische Modellexperimente zur Simulation der Erregungsleitung an Nervenfasern" (gemeinsam mit Prof. Oetken, PH Freiburg)
Zusammenfassung: Zu einem der großen „Wunder“ des menschlichen wie tierischen Organismus gehört die Informationsübertragung durch die Erregungsweiterleitung am Nerven. Die Aufklärung der zugrunde liegenden Leitungsmechanismen an realen Membranen wie auch an Modellsystemen ist nicht nur aus biologischer Sicht von Interesse, sondern auch integraler Bestandteil der Theorie der strukturbildenden Prozesse, die derartige Phänomene als raumzeitliche Strukturbildung interpretiert.
Unter der Bezeichnung „Nerven wie Drahtseile“ haben die Referenten bereits in zahlreichen Publikationen über ein elektrochemisches System berichtet, das eine mit schulisch relevanten Mitteln modellhafte Präsentation der neurophysiologischen Prozesse am Nerven ermöglicht.
Dieses Modellsystem besteht aus einem Reineisenstab (Modellnervenfaser), der in eine schwefelsaure Wasserstoffperoxid-Lösung eintaucht. Unter geeigneten Bedingungen verhält sich dieser Eisenstab gegenüber aktivierenden Einflüssen analog wie ein Nerv gegenüber erregenden Reizen. So werden im Experimentalvortrag nicht nur die kontinuierliche Erregungsleitung, sondern auch die saltatorische Impulsfortpflanzung und weitere neurophysiologische Phänomene modellhaft dargestellt.

Aluminium – Außergewöhnliche Experimente mit einem gewöhnlichen Metall (gemeinsam mit Prof. Oetken, PH Freiburg)
Zusammenfassung: Die Redoxreihe, die Fällungsreihe und schließlich die Spannungsreihe der Metalle begleiten die Schüler als elementare Ordnungsprinzipien vom Anfangsunterricht bis zur Oberstufe. Zunächst werden die Metalle aufgrund ihrer Fähigkeit, mit anderen Metalloxiden unter Freisetzung entsprechender Metalle zu reagieren, geordnet. Dazu gehört auch der eindrucksvolle "Thermit-Versuch", wobei Aluminium mit Eisenoxid reagiert. Bei der Behandlung der Fällungs- und Verdrängungsreihe sowie bei der Einführung der Spannungsreihe wird dann auf Versuche mit Aluminium verzichtet, da aufgrund der natürlichen Passivschicht die experimentellen Ergebnisse häufig nicht der Stellung des Aluminiums in den jeweiligen Reihen entsprechen.
Im Vortrag wird anhand einer Vielzahl überraschender, teils spektakulärer Versuche aufgezeigt, dass der unedle Charakter von Aluminium – insbesondere im Zusammenhang mit Fällungsreaktionen – sehr wohl experimentell in der Schule erschlossen werden kann.

Die Chemie der Kastanie – Experimente mit den Samen der Rosskastanie
Zusammenfassung: Bei Betrachtung des Themenkomplexes „Rosskastanie“ ergeben sich verschiedene Ansatzmöglichkeiten, um diese Thematik in einen fachübergreifenden, naturwissenschaftlichen Unterricht einzubeziehen. Weshalb schäumt eine Straße mit überfahrenen Kastaniensamen bei Regen? Warum sind diese Samen für den Menschen ungenießbar und konnten dennoch in Krisenzeiten zum Backen verwendet werden? Welche Stoffe enthält Rosskastanienextrakt, dass dieser in Sonnenschutzmitteln zum Einsatz kommen kann und als Grundlage für die Entwicklung von Weißmachern diente?
Diese Fragen waren der Ausgangspunkt für die Entwicklung von schulrelevanten Experimenten mit Rosskastaniensamen, die im Vortrag präsentiert werden. Dazu werden zunächst die Verbreitung der Rosskastanie in Mitteleuropa und die Inhaltstoffe betrachtet. In diesem Zusammenhang wird den Fragen nachgegangen, welche historischen Verwendungen die Kastanie hatte und wozu der Pflanzensamen heute genutzt wird.

Bart Simpson und die Neutralisationsreaktion – eine Unterrichtseinheit im Rahmen des Projekts „Chemistry and Cinema“
Zusammenfassung: Das Projekt „Chemistry and Cinema“ (CHEMCi) verfolgt das Ziel, durch Einbettung von Filmsequenzen aus Spielfilmen, Fernsehserien etc. in den Chemieunterricht motivierende Lernumgebungen zu schaffen, die die Entwicklung von anwendbarem Wissen ermöglichen. Hiermit wird einem wesentlichen Ergebnis der bekannten Schulvergleichsstudien (TIMS, PISA) Rechnung getragen, nach denen Leistungsschwächen bei der Anwendung von bereits erlerntem Wissen auf neue Problemsituationen bei deutschen Schülerinnen und Schülern zu konstatieren sind. In der Regel besitzen die Lernenden die zur Lösung eines Problems erforderlichen Kenntnisse, sie sind jedoch nicht in der Lage, diese anzuwenden (sog. „träges Wissen“). Ein Grund hierfür liegt sicherlich in der zu geringen Verankerung der Lerninhalte an motivierenden Problemsituationen.
Das Ziel, Lehren und Lernen in möglichst authentischen Kontexten zu verankern, verfolgt auch der Anfang der 1990er Jahre entwickelte anchored-instruction-Ansatz, der den Einsatz selbst hergestellter Video-Disks vorsah. Das Projekt „Chemistry and Cinema“ hat wie eingangs erwähnt ein anderes Ankermedium im Blick: Es nutzt geeignete Filmsequenzen, um neue motivierende Zugänge zu relevanten Themenfeldern des Chemieunterrichts zu erschließen. Im Vortrag wird am Beispiel des Themas Neutralisation eine konkrete Unterrichtseinheit dieses neuen Konzepts unter Einbeziehung von Filmsequenzen aus den Fernsehserien „Simpsons“ und „Regenesis“ vorgestellt.

Passivitäts- und Oszillationseffekte an Metallen (gemeinsam mit Prof. Oetken, PH Freiburg)
Zusammenfassung: Der Begriff der Passivität geht auf die Arbeiten von James Keir, Christian Friedrich Schönbein und Michael Faraday zurück. Schon im Jahre 1790 war Keir auf das eigentümliche Verhalten von Eisen gegenüber Salpetersäure unterschiedlicher Konzentration aufmerksam geworden. Er beobachtete, dass Eisen in einer verdünnten Salpetersäure-Lösung gemäß dem üblichen Mechanismus der Säurekorrosion unter Freisetzung von Wasserstoff in Lösung geht. In konzentrierter Salpetersäure sind jedoch die Eigenschaften des Eisens dramatisch verändert: Unter diesen Bedingungen verhält es sich quasi wie ein Edelmetall. Im Vortrag werden Experimente präsentiert (u. a. die Aufnahme einer Strom-Potential-Kurve mit schulisch relevanten Materialien), die dieses Phänomen ergründen helfen. Auch die bei bestimmten Salpetersäurekonzentrationen auftretenden Oszillationserscheinungen, die als zeitliche Strukturbildung zu interpretieren sind, werden gezeigt und ein einfacher Mechanismus zur Erklärung dieses Phänomens vorgestellt.