Teens' Lab Oberstufe Chemie

Nylon, Polyester, Styropor® und PU-Schaum; Kunststoffe sind in unserem Alltag allgegenwärtig.

Die Schülerinnen und Schüler synthetisieren verschiedene Makromoleküle und lernen unterschiedliche Polymerisationstypen wie Polyaddition, Polykondensation und radikalische Polymerisation kennen. Eine Auswahl an unbekannten Kunststoffen wird auf unterschiedliche Eigenschaften hin untersucht und anschließend identifiziert.

Die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten von Kunststoffen und der Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion, wie beispielweise die Wirkungsweise von Superabsorbern oder Farbübertragungsinhibitoren in Waschmitteln, werden in kurzen Handversuchen untersucht.

Als Erinnerung an einen Tag in der BASF dürfen sich die Schülerinnen und Schüler einen Ball oder Würfel mit nachhause nehmen, den sie selbst aus Polystyrol aufschäumen.

Biobasiert, biokompatibel oder bioabbaubar?

Wie können Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden und wie unterscheiden sich diese von den konventionellen Kunststoffen?

Die Schülerinnen und Schüler stellen verschiedene Kunststofffolien aus dem Rohstoff Stärke her.  Die Stärke muss dafür zunächst selbstständig aus der Kartoffel gewonnen werden.

Die Kunststofffolien werden anschließend auf ihre unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften und die Möglichkeiten zum Abbau untersucht.

Wie sauer ist mein Essig und wieviel Phosphorsäure enthält Cola?

Es werden Titrationen von starken, schwachen sowie mehrprotonigen Säuren mit einer starken Base durchgeführt. Der Einsatz geeigneter Indikatoren für unterschiedliche Umschlagspunkte wird untersucht und mithilfe von pH-Metern werden Titrationskurven erstellt.

Die Phosphorsäurebestimmung aus gekochter und unbehandelter Cola lädt zum Diskutieren ein.

Die Schülerinnen und Schüler sammeln praktische Erfahrung im korrekten Umgang mit Glasgeräten wie Büretten und Glaspipetten, sowie dem exakten Arbeiten in der analytischen Chemie. 

Wie sauber ist das Wasser aus unterschiedlichsten Quellen?

Selbst mitgebrachte Wasserproben (Teichwasser, Regentonnenwasser oder ähnliches) werden auf oxidierbare Verunreinigungen untersucht und die Schülerinnen und Schüler erlernen die Technik der Rücktitration.

Die intensiv violette Färbung und die starke oxidierende Wirkung des Permanganations machen Kaliumpermanganat zu einem hervorragenden Agens für die quantitative Analyse von oxidierbaren Stoffen.

Der Gehalt an Wasserstoffperoxid in Haarbleichmitteln wird bestimmt. Die Untersuchung einer unbekannten Menge Ammoniumeisen-(II)-sulfat erfordert genauestes Arbeiten.

Die Schülerinnen und Schüler sammeln praktische Erfahrung im korrekten Umgang mit Glasgeräten wie Büretten, Glaspipetten und Messkolben, sowie dem exakten Arbeiten in der analytischen Chemie. 

Wie genau liefert die Batterie den Strom?

Die Schülerinnen und Schüler erkunden die Welt der Elektrochemie. Anhand der Fällungsreihe der Metalle, der Spannungsreihe und der Messung von Standardredoxpotentialen erfahren sie, was es bedeutet, wenn man Metalle als edel oder unedel kategorisiert.

Einen Ausflug in die Historie der Elektrochemie bieten der Nachbau eines Leclanché- und Daniell-Elements. Anhand der Volta-Säule können der Einfluss der Elektrolytlösung und die Wahl der Metalle auf die Spannung getestet werden. Tüfteln ist beim Aufbau eines Lithium-Ionen-Akkumulators gefragt.

Die praktische Anwendung der Nernstschen Gleichung wird den Schülerinnen und Schülern über eine Kupfer-Konzentrationskette nähergebracht.

Katalysatoren – unverzichtbare Helfer in der Chemie!

Manche chemischen Reaktionen laufen träge ab. Katalysatoren beschleunigen diese Reaktionen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen. Oft machen Katalysatoren eine Reaktion unter praktikablen Bedingungen überhaupt erst möglich. Die Schülerinnen und Schüler machen einen Ausflug in die Geschichte der Chemie, in dem sie ein Döbereiner Feuerzeug nachbauen und bei der Ammoniaksynthese schlüpfen sie in die Haut von Haber und Bosch. In anschaulichen Experimenten erfahren sie die Unterschiede zwischen homogener, heterogener Katalyse und Autokatalyse und untersuchen den Einfluss der Katalysatorkonzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit. 

Enzyme – die biochemischen Katalysatoren allen Lebens.

Enzyme spielen bei nahezu allen biochemischen Prozessen eine entscheidende Rolle. Die Schülerinnen und Schüler nähern sich diesen faszinierenden Molekülen, indem sie einige ihrer Eigenschaften untersuchen. Sie messen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid durch Katalase, bestimmen die Wechselzahl der Katalase und messen den Einfluss von Substratkonzentration und Temperatur auf die biokatalytische Reaktion.

Synthese, Reinigung und Substanznachweis - Arbeiten wie im Forschungslabor.

Anhand der Synthese von Acetylsalicylsäure erhalten die Schülerinnen und Schüler Einblick in die Arbeit eines organisch-chemischen Forschungslabors.

Sie lernen den Aufbau und Umgang mit Schliffglasapparaturen, die Aufreinigung durch Umkristallisation, die Verwendung einer Absaugapparatur und Analyse des Produktes durch Dünnschichtchromatografie und den Nachweis durch Eisen-(III)-Chlorid.  

Indigo – der Beginn der modernen Farbstoffchemie bei BASF.

Textilfarbstoffe auf Indigobasis waren die ersten Produkte der BASF in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Die Synthese von Indigo bietet den Schülerinnen und Schülern theoretische und praktische Einblicke in die Mechanismen der organischen Chemie und erlaubt ihnen ein Beispiel der Küpenfärbung kennenzulernen. Zudem erhalten sie eine praktische Einführung in den Umgang mit Schliffglasapparaturen im Labor.

Die Schülerinnen und Schüler färben in diesem, im wahrsten Sinne farbenfrohen Experiment, mitgebrachte Baumwollstoffe, beispielsweise weiße T-Shirts, mit dem selbst synthetisieren Indigo und erfahren so den Einfluss von Reduktions- und Oxidationsmitteln auf Löslichkeit und Farbe des „Königs der Farbstoffe“. Diese dürfen als Erinnerungsstück an einen Tag in der BASF mit nach Hause genommen werden.

Faszinierende Farbstoffwelt – Eigenschaften, Herstellung und Färbeverfahren.

Farbstoffe sind ein wichtiger Zweig der chemischen Industrie. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Vielfalt der synthetischen und natürlichen Farbstoffe kennen. Sie untersuchen die Farbe von Thymolblau in Abhängigkeit des pH-Wertes und stellen Fluorescein her. Im Analysenlabor erlernen sie den Umgang mit einem UV-VIS-Spektrometer und nehmen Absorptionsspektren auf. Welchen Einfluss hat der Sauerstoff beim Küpenfärben? Woran liegt es, dass gefärbte Stoffe Ausbleichen oder waschecht sind? In verschieden Färbeverfahren lernen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Farbstoffklassen kennen und erfahren den Zusammenhang zwischen deren chemischer Struktur und dem Verhalten beim Färben.

Wie kommt der Duft ins Fläschchen?

Gewürze und Kräuter wie Rosmarin, Sternanis und Wachholder enthalten Duft- und Aromastoffe. Die Schülerinnen und Schüler extrahieren diese Stoffe über Soxhlet-Extraktion. Sie erlernen dabei den Aufbau und Umgang mit Schliffglasgeräten und -aufbauten. Aus der Karotte wird β-Carotin isoliert und Trimyristin aus der Muskatnuss. An diese Extraktionen schließt sich eine Analyse der extrahierten Reinstoffe mittel Absorptionsspektroskopie bzw. Schmelzpunktbestimmung an.

Denn Sie wissen genau, was sie tun!

Ohne Analytik wäre moderne Chemie nicht möglich. Nur durch die Entwicklung der unterschiedlichsten Analysemethoden wissen Chemikerinnen und Chemiker welche Stoffe in welcher Menge in ihren Reaktionskolben vorliegen.

Chromatografie ist aus den Laboren nicht mehr wegzudenken. Sei es die einfache gehaltene Dünnschichtchromatomatografie (DC) oder die komplexe Hochleistungsflüssigchromatografie (HPLC).

Die Schülerinnen und Schüler erlernen anhand von Dünnschichtchromatografie das Grundprinzip jeder chromatografischen Trennmethode, indem sie Kaffeeproben auf Koffein und Pflanzenproben auf ihre Farbstoffe untersuchen. Des Weiteren werden die Inhaltsstoffe einer Kaffeeprobe säulenchromatografisch getrennt und die einzelnen Fraktionen mittel HPLC im angeschlossenen Analysenlabor untersucht.

Chemische Reaktionen – oft keine Einbahnstraße!

Häufig finden chemische Reaktionen nicht nur in einer Richtung, sondern gleichzeitig als Hin- und Rückreaktion statt. Mit der Zeit stellt sich dann ein Gleichgewicht ein, Edukte und Produkte liegen in einem bestimmten Verhältnis zueinander vor. Aber was bedeutet das konkret? Anhand kurzer Handversuche erfahren die Schülerinnen und Schüler den Unterschied zwischen irreversiblen Reaktionen und Gleichgewichtsreaktionen. Mithilfe eines Modellversuches können sie nachvollziehen, wie sich ein chemisches Gleichgewicht einstellt. Sie untersuchen das Prinzip des kleinsten Zwanges anhand der Temperaturabhängigkeit und Konzentrationsabhängigkeit und sie ermitteln die Gleichgewichtskonstante des Gleichgewichtes zwischen Bildung und Spaltung von Essigsäureethylester und als weiteres Beispiel einer Gleichgewichtsreaktion lernen die Schülerinnen und Schüler die Ammoniaksynthese kennen.

Wichtig: Dieser Workshop muss mit einer Vorlaufzeit von 4 Wochen gebucht werden.