10 RAAbits Naturwissenschaften Mai 2014
1 von 26Stoffe im Alltag Beitrag 5 Stoffeigenschaften – ein Lernzirkel (Klassen 5–7)II
Stoffeigenschaften erkunden – ein Lernzirkel
Ein Beitrag von Michael Hänsel, Kamp-LintfortIllustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart
Im alltäglichen Leben kommen wir alle mit einer Vielzahl von Stoffen in Berührung, die sich durch bestimmte Eigenschaften auszeichnen. Diese Eigen-schaften bestimmen einerseits das Nutzungsverhal-ten jener Stoffe im Alltag. Andererseits lassen sich anhand der Eigenschaften die jeweiligen Stoffe auch gut im Alltag identifizieren.
Im Rahmen eines Lernzirkels prüfen Ihre Schüler verschiedene feste und flüssige Stoffe auf deren Eigenschaften, führen eigenständig Versuche durch und werten diese entsprechend aus.
Hier können Ihre Schüler ganz selbstständig
als Laboranten tätig werden!
Mit acht zusätzlichen Info-
Blättern für Schüler auf CD!
Das Wichtigste auf einen Blick
Klassen: 5–7
Dauer: 7 Stunden
Kompetenzen: Die Schüler …
•führen selbstständigVersuche durch undfinden Erklärungen zu ihren Beobachtun-gen.
•könneneinVersuchsprotokollschreiben.
•ziehenModellezurErklärungvonPhäno-menen heran.
•übendaszielgerichteteArbeiteninkoope-rativen Kleingruppen.
Aus dem Inhalt:
•MitwelchenHilfsmittelnkannichStoffei-genschaften bestimmen?
•NachwelchenKriterienlassensichStoffeeinteilen?
•WiekannichtypischeEigenschaftenvon Stoffen festhalten? – Erstellen eines Stoff eigenschaften-Steckbriefes
Beteiligte Fächer:Physik Chemie Anteilhoch mittel gering
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10 RAAbits Naturwissenschaften Mai 2014
Stoffeigenschaften – ein Lernzirkel (Klassen 5–7) Stoffe im Alltag Beitrag 5
Rund um die Reihe
Warum wir das Thema behandeln
Stoffe und ihre Eigenschaften begleiten uns im täglichen Leben. Im Rahmen des Lernzirkels erhalten Ihre Schüler die Gelegenheit, ihre Erfahrungen mit Stoffen aus dem Alltag zu erwei-tern und zu vertiefen. Sie finden im Rahmen von einzelnen Untersuchungen heraus, dass Stoffe verschiedene Eigenschaften aufweisen, anhand derer sie identifiziert werden können.
Was Sie zum Thema wissen müssen
Kugelteilchenmodell
Eine einfache Modellvorstellung vom Aufbau der Materie bildet das Kugelteilchenmodell. Mit ihm lassen sich die verschiedenen Stoffeigenschaften, aber auch das Auftreten von Aggregat-zuständen recht einfach erklären.
Im Rahmen dieses Modells stellen wir uns vor, dass alle Stoffe auf der Erde aus kleinsten kugelförmigen Teilchen bestehen. Sie sind so klein, dass sie mit bloßem Auge oder einem einfachen Mikroskop nicht sichtbar sind. Je nach Stoffart sind diese Kugeln – man kann sie auch Atome nennen – unterschiedlich groß.
Stoffeigenschaften
Jeder Reinstoff zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination von einzelnen Stoffeigen-schaften aus, an denen er eindeutig identifiziert werden kann. Es werden physikalische (Ag-gregatzustand, Härte) von chemischen (z. B. Reaktivität) und physiologischen Eigenschaften
(z.B.Geruch,Geschmack)unterschieden.ImRahmendiesesLernzirkelswerdendiephysika-lischen Eigenschaften Aggregatzustand, Härte, Löslichkeit, elektrische Leitfähigkeit und Mag-netisierbarkeit erkundet. Diese sind mit einfachen Verfahrensweisen festzustellen.
Aggregatzustände
Als Aggregatzustand bezeichnet man den physikalischen Zustand eines Stoffes. Auf der Erde kommen alle Stoffe in den Aggregatzuständen fest, flüssig oder gasförmig vor. Durch Tempe-ratur- und Druckänderung kann der Aggregatzustand verändert werden.
Im festen Zustand liegen die Atome dicht aneinander, sodass sie sich kaum bewegen können. JedesAtomhatseinenfestenPlatzimAtomgitter.
Im flüssigen Aggregatzustand liegen die Atome zwar nahe beieinander, lassen sich aber be-wegen.
Im gasförmigen Aggregatzustand sind die Atome frei im Raum beweglich. Sie nehmen das gesamte Volumen, welches ihnen zur Verfügung steht, ein.
Härte
DermechanischeWiderstandeinesStoffesgegenübereinemanderenStoffwirdalsHärtebe-zeichnet. Ein Messsystem für Härte wurde durch den Geologen Friedrich Mohs entwickelt, der verschiedene Minerale gegeneinander ritzte und so eine Härteskala entwickelte. Die Mohs-SkalareichtvomWert1(weich)biszumWert10(hart),wobeider jeweilshärtereStoffdenweicheren ritzen kann.
Löslichkeit
Als Löslichkeit wird die Eigenschaft eines Reinstoffes bezeichnet, in einem Lösungsmittel
gleichmäßig verteiltzuwerden.GrundsätzlichunterscheidetmandieWasserlöslichkeitvonderFettlöslichkeit.PolareReinstoffeodersolche,dieTeilladungenaufweisen, lassensichinderRegelinpolarenLösungsmittelnwieWasserlösen.UnpolareStoffedagegensindzumeistfettlöslich.
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9 von 26Stoffe im Alltag Beitrag 5 Stoffeigenschaften – ein Lernzirkel (Klassen 5–7)II
M 2Karten zur Rollenverteilung in den Kleingruppen
Das Laborteam
In jedem naturwissenschaftlichen Labor gibt es verschiedene Aufgabenbereiche. Für diese BereichesindunterschiedlichePersonenverantwortlich.IhrwerdetimLernzirkel,denihrimTeam durchführt, nacheinander alle Aufgabenbereiche kennenlernen. Dazu werdet ihr we-nigstens einmal eine der folgenden Rollen übernehmen:
Die Zeitwächterin/Der Zeitwächter
DiesePerson
• behältdieUhrimAuge.• erinnert das Laborteam daran, wie viel Zeit es noch zur
ErledigungallerAufgaben(Experimentieren–Protokollie-ren – Aufräumen) hat.
Die Materialwächterin/Der Materialwächter
DiesePerson
• holtdieMaterialienundbringtdieseamEndederStundewieder zurück.
• überprüftdieVollständigkeitdesMaterialszuBeginnundam Ende des Experimentes.
• meldetbeschädigteGerätesofort.
Die Protokollwächterin/Der Protokollwächter
DiesePerson
• notiertdieVermutungendesTeams.• schreibt die Ergebnisse des Experimentes (gemessene
WerteundBeobachtungen)auf.• stellt diese Informationen für das gemeinsame Erstellen
des Versuchsprotokolls allen Gruppenmitgliedern zur Ver-fügung.
Die Laborantin/Der Laborant
DiesePerson
• liestdemTeamdenArbeitsauftragvor.• bautdieVersuchsanordnungauf.• führtdieExperimentenachAnweisungdurch.• istfürdasReinigenderbenutztenGeräteverantwortlich.
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M 4Station 1: Die Aggregatzustände – Wir erstellen eine Schmelz- und Erstarrungskurve
Stoffe kommen in der Natur in einem der drei Aggregatzustände vor. Hier könnt
ihr untersuchen, wie man einen Stoff in einen anderen Aggregatzustand über-
führt.
Das benötigt ihr
ein Stativ
eine Heizplatte oder einen Gasbrenner
einen Dreifuß
ein Reagenzglas
einBecherglasmit90°CheißemWasser
zwei Halteklemmen
ein Thermometer
eine Stoppuhr
Schutzbrillen
Wachs/Parafin
einen Magnetrührer
So führt ihr den Versuch durch
Teil 1: Schmelzen
Gebtungefähr3cmhochParafinineindünnwandigesReagenzglas und stellt es wie abgebildet in ein Becher-glasmitetwa90°CheißemWasser.
Messt dieTemperatur des schmelzenden Parafins imAbstand von 30 Sekunden.Tragt dieWerte in dieWer-tetabelle ein. Achtet darauf, dass das Thermometer das Reagenzglas nicht berührt. Zieht es zum Ablesen nicht aus der Schmelze heraus. Beendet diesen ersten Teil der Messung, sobald das gesamte Parafin geschmolzen (= klar, durchsichtig) ist.
Teil 2: Erstarren
Nehmt das Reagenzglas mit der Schmelze zum Abküh-lenausdemWasserbad.MesstweiterhindieTemperatur(jetztimAbstandvoneinerMinute),bisdasParafinvoll-ständig erstarrt ist.
Versuchsbeobachtung
Schmelzvorgang
Zeit
(min)
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8
Temp.
(°C)
Erstarrungsvorgang
Zeit
(min)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Temp.
(°C)
Thermometer
Wasserbad
Wachs/
Parafin
Magnet-
rührer
Heiz-
platte
Halte-
klemmen
Stativ
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Station 5: Wir untersuchen, welche Flüssigkeiten Strom leiten
Stromfluss durch Flüssigkeiten? Findet heraus, welche Flüssigkeiten Strom
leiten, und erklärt dieses Phänomen.
Das benötigt ihr
einen Transformator oder eine Flachbatterie
ein Becherglas
drei Kabel mit Steckern
zwei Kupferelektroden
eine Glühlampe mit Fas-sung
einenMesszylinder
destilliertesWasser
Kochsalz
Zucker
Seife
Alkohol (Spiritus)
Leitungswasser in Spritz-flasche
einen Lappen
einen Spatellöffel
eineWaage
Schutzbrillen
So führt ihr den Versuch durch
1. ReinigtdasBecherglasmitWasserundtrocknetesmit
dem Lappen ab.
2. Baut die Schaltung nach der Abbildung auf.
3. Füllt50mldestilliertesWasserindasBecherglas.
4. Schaltet beim Transformator Spannungsstufe 4 V ein. Fließt ein Strom? Leuchtet die Lampe? Tragt das Er-gebnis in die Tabelle ein.
5. StreuteinenhalbenSpatellöffelZuckerindasWasser
und prüft, ob Strom fließt. Tragt die Beobachtung und das Ergebnis in die Tabelle ein.
6. Leert das Becherglas, säubert es und trocknet es mit dem Lappen.
7. Füllterneut50mldestilliertesWasserindasBecherglas.StreuteinenhalbenLöffelKoch-salz indasWasser.RührtmitdemSpatellöffelumundprüft,obStromließt.Tragtdie
Beob achtung und das Ergebnis in die Tabelle ein.
8. WiederholtSchritt6.
9. Gebt20mlAlkoholindasBecherglasundprüft,obStromließt.TragtBeobachtungund
Ergebnis in die Tabelle ein.
10. WiederholtSchritt6.
11. WiederholtSchritt9mitSeifenwasserstattmitAlkohol.
12.WiederholtSchritt6.
13.WiederholtSchritt9mitLeitungswasserstattmitAlkohol.
Versuchsbeobachtung
Beobachtung: Lampe Auswertung
Flüssigkeit leuchtet leuchtet nicht Stromfluss?
destilliertesWasser
Salzwasser
Zuckerwasser
Seifenwasser
Alkohol (Spiritus)
Leitungswasser
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21 von 26Stoffe im Alltag Beitrag 5 Stoffeigenschaften – ein Lernzirkel (Klassen 5–7)II
Station 6: Wir untersuchen, welche Stoffe magnetisch sind
Mit Magneten hattet ihr sicherlich schon einmal zu tun. Findet heraus, welche
Materialien sich von Magneten anziehen lassen und welche nicht!
Das benötigt ihr
verschiedene Magnete Alltagsgegenstände der Schüler
Schutzbrillen
PrüfstückeausEisen,Kupfer,Aluminium,Nickel,Holz,Grait,Gummi,Glas,Kunststoff
So führt ihr den Versuch durch
• NehmteinenMagnetenundhaltetihninderangegebenenReihenfolgenacheinanderan
dieverschiedenenPrüfstücke.NotiertinderTabelleeuerVersuchsergebnis.
• NehmtanschließenddenMagnetenundnäherteuchnacheinanderverschiedenenGegen-ständen. Legt eine Tabelle (wie unten) an, in der ihr die Versuchsergebnisse eintragt.
Versuchsbeobachtung
Gegenstand/Material Beobachtung
wird
angezogen
wird nicht
angezogen
Kupfer
Eisen
Aluminium
Nickel
Holz
Grafit
Gummi
Glas
Kunststoff
Aufgaben
1. VervollständigtdienachfolgendenSätze:
Es gibt Gegenstände aus , und , die von Magneten angezogen werden. Zwischen diesen Gegenständen und dem Magneten wirkt eine Magnetkraft. Stoffe, die angezogen werden, nennt man magnetisierbare Stoffe.
2. Erklärt mithilfe des Informationsblattes „Magnetismus“, wie die Eigenschaft „magnetisch“ zustande kommt.
Der U-Magnet ist sehr anzie-
hend für Büroklammern.
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10 RAAbits Naturwissenschaften Mai 2014
Stoffeigenschaften – ein Lernzirkel (Klassen 5–7) Stoffe im Alltag Beitrag 5
Zeige, was du kannst: Strukturlegetechnik „Stoffeigenschaften“
Härteelektrische
Leitfähigkeit
Erstarrungs-
temperatur
Aggregatzustand wasserlöslichelektrischer
Nichtleiter
nicht magnetisch Ritztest wasserunlöslich
weich Löslichkeit flüssig
Schmelztemperatur fest hart
elektrischer Leitermagnetische
Eigenschaftenmagnetisch
Aufgaben
1. SchneidedieBegriffskärtchenausundsortieresieinEinzelarbeit(EA) wie folgt:
• KartenmitBegriffen,diedusogutverstandenhast,dassdusieeineranderenPerson
erklären kannst, legst du auf die Seite.
• KartenmitBegriffen,diedunochnichtodernochnichtrichtigverstandenhast,behältst
du.
2. BearbeitetnuninPartnerarbeit(PA) die unklaren Begriffe. Begriffe, die nur einer von euch beiden bisher noch nicht verstanden hat, könnt ihr euch gegenseitig erklären. Seid ihr euch beide bei einem Begriff nicht sicher, schlagt ihn nach oder recherchiert im Internet.
3. LegtnuninPAdieBegriffesovoreuchaufdenTisch,wiesiederBedeutung
nach zueinander gehören. Begriffe, die in Beziehung zueinander stehen, werden nebeneinander gelegt. Dabei können sehr unterschiedliche Lösun-gen entstehen!
4. Eine per Zufallsgenerator ausgewählte Gruppe erläutert ihre Anordnung vor der Klasse.
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