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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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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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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