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Flache Illustration von Laborgeräten: ein Erlenmeyerkolben mit pinker Flüssigkeit, ein Trichter mit Filterpapier an einem Stativ, drei Reagenzgläser mit farbigen Lösungen und ein kleiner Haufen Salzkristalle.

Natur und Technik · Deutschschweiz · Zyklus 3

Stoffe, Teilchenmodell und Trennverfahren

Eine Unterrichtsreihe für Natur und Technik im Zyklus 3 zu Stoffen und ihrer Trennung. Die Schülerinnen und Schüler bestimmen Stoffeigenschaften wie die Dichte, erklären Aggregatzustände mit dem Teilchenmodell und ordnen Reinstoffe und Gemische. In Versuchen gewinnen sie Salz aus einem Gemisch, trennen Filzstiftfarben und lernen die Destillation kennen. Zum Abschluss verfolgen sie den Weg des Abwassers durch eine Schweizer Kläranlage.

Schuljahre
7–8
Schultypen
Sekundarschule, Gymnasium
Umfang
8 Unterrichtsstunden
Fach
Natur und Technik
Region
Deutschschweiz
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Lernziele

  • Die Schülerinnen und Schüler bestimmen Stoffeigenschaften wie Dichte, Schmelz- und Siedetemperatur und Löslichkeit und diskutieren die Messgenauigkeit.
  • Die Schülerinnen und Schüler erklären Aggregatzustände, Zustandsänderungen und Diffusion mit dem Teilchenmodell und nennen Grenzen des Modells.
  • Die Schülerinnen und Schüler ordnen Stoffe als Reinstoff oder Gemisch, unterscheiden Gemischarten sowie Element und Verbindung.
  • Die Schülerinnen und Schüler trennen einfache Gemische nach Anleitung durch Magnettrennung, Filtrieren, Eindampfen und Chromatografie und beschreiben das Vorgehen fachlich korrekt.
  • Die Schülerinnen und Schüler erklären Extraktion und Destillation und erkennen Trennverfahren in Alltag und Technik, etwa in der Abwasserreinigung.

Bezug zum Lehrplan 21

Lehrplan 21 (Deutschschweiz), Fachbereichslehrplan Natur und Technik (mit Biologie, Chemie, Physik)

  • Kompetenzbereich: NT.2 Stoffe untersuchen und gewinnen
  • Kompetenz: NT.2.1 Die Schülerinnen und Schüler können Stoffe untersuchen, beschreiben und ordnen.
  • Kompetenzstufe: NT.2.1.1a können Stoffeigenschaften nach Anleitung bestimmen, dazu geeignete Messverfahren und -geräte einsetzen.
  • Kompetenzstufe: NT.2.1.1b können Versuchsergebnisse vergleichen und Messgenauigkeit diskutieren.
  • Kompetenzstufe: NT.2.1.2a können die Aggregatzustände und Zustandsänderungen mithilfe des Teilchenmodells erklären und veranschaulichen.
  • Kompetenzstufe: NT.2.1.2c können Unterschiede zwischen Modell und Wirklichkeit aufzeigen.
  • Kompetenz: NT.2.2 Die Schülerinnen und Schüler können Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften gezielt trennen.
  • Kompetenzstufe: NT.2.2.a können Stoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung benennen und nach ausgewählten naturwissenschaftlichen Prinzipien ordnen.
  • Kompetenzstufe: NT.2.2.b können einfache Gemische mit ausgewählten Methoden nach Anleitung trennen und das Vorgehen fachlich korrekt beschreiben.
  • Kompetenzstufe: NT.2.2.c können Anwendungen der Trennverfahren im Alltag und bei Alltagsprodukten erkennen (z.B. Tee-, Kaffeezubereitung, Wäschereinigung, Kläranlage, Ölabscheider, Magnetscheide).

Ablauf

  1. Abschnitt 1

    Stoffeigenschaften untersuchen: Dichte und Steckbrief

    Stoff und Gegenstand, Stoffeigenschaften, Dichte berechnen, Dichte eines Steins bestimmen.

    • Lektion

      Stoffeigenschaften untersuchen und Dichte berechnen

      In der Küche stehen zwei Gläser ohne Etikett. In beiden ist ein weisses, feinkörniges Pulver. Eines ist Kochsalz, das andere Zucker. Probieren ist…

    • Aufgabe

      Steckbrief eines Stoffes

      Wähle einen Stoff aus dem Alltag, zum Beispiel Kupfer, Zucker, Ethanol oder Kerzenwachs. Erstelle einen Steckbrief mit mindestens fünf Eigenschaften: Aggregatzustand bei Raumtemperatur, Farbe, Schmelz- und Siedetemperatur, Dichte, Löslichkeit in Wasser, Brennbarkeit oder elektrische Leitfähigkeit.

      Gib bei jeder Zahl die Quelle an. Schreibe zum Schluss einen Satz, mit welcher Eigenschaft man deinen Stoff am sichersten von einem ähnlich aussehenden Stoff unterscheiden kann.

  2. Abschnitt 2

    Teilchenmodell und Aggregatzustände

    Annahmen des Teilchenmodells, fest, flüssig, gasförmig, Zustandsänderungen, Diffusion, Grenzen des Modells.

  3. Abschnitt 3

    Reinstoffe und Gemische ordnen

    Reinstoff und Gemisch, homogen und heterogen, Gemischarten, Element und Verbindung, Metall und Nichtmetall.

  4. Abschnitt 4

    Gemische trennen: Salz gewinnen

    Sieben, Sedimentieren, Dekantieren, Filtrieren, Magnettrennung, Eindampfen, Salzgewinnung in der Schweiz.

    • Lektion

      Gemische trennen: Filtrieren und Eindampfen

      Das Kochsalz auf deinem Tisch stammt sehr wahrscheinlich aus der Schweiz. Die Schweizer Salinen gewinnen es am Hochrhein östlich von Basel und bei…

    • Sicher eindampfen

      Trage beim Eindampfen eine Schutzbrille und beuge dich nicht über die Schale. Hör mit dem Heizen auf, bevor das letzte Wasser verdampft ist, sonst spritzt die heisse Salzlösung. Fasse die Abdampfschale nur mit der Tiegelzange an.

    • Aufgabe

      Versuchsprotokoll: Salz aus einem Gemisch

      Schreibe ein Versuchsprotokoll zum Versuch „Reines Salz aus Steinsalz-Sand-Gemisch“ mit den Teilen Frage, Vermutung, Material, Durchführung (mit Skizze), Beobachtung und Auswertung.

      Nenne in der Auswertung zu jedem Trennschritt die genutzte Stoffeigenschaft. Gib die Massen der getrennten Bestandteile an und erkläre, warum ihre Summe kleiner ist als die Masse des Gemischs.

  5. Abschnitt 5

    Extraktion, Chromatografie und Destillation

    Herauslösen mit Lösungsmitteln, Papierchromatografie von Filzstiftfarben, Aufbau und Ablauf einer Destillation.

  6. Abschnitt 6

    Trennverfahren im Alltag und Selbsttest

    Abwasserreinigungsanlage, Trinkwasser aus dem See, Ölabscheider, typische Fehler, Selbsttest zur ganzen Reihe.

    • Lektion

      Trennverfahren im Alltag: Kläranlage und Selbsttest

      Jedes Mal, wenn du die WC-Spülung drückst, duschst oder die Waschmaschine läuft, entsteht Abwasser. In der Schweiz fliesst es durch Kanäle in eine…

    • Aufgabe

      Der Weg des Abwassers in unserer Gemeinde

      Finde heraus, in welche Abwasserreinigungsanlage (ARA) das Abwasser deines Wohnorts fliesst und in welches Gewässer das gereinigte Wasser gelangt. Viele ARA haben eine eigene Webseite.

      1. Zeichne ein Fliessschema der ARA mit den Reinigungsstufen.
      2. Schreibe zu jeder Stufe, welcher Stoff entfernt wird und welche Eigenschaft dabei genutzt wird.
      3. Formuliere zwei Regeln für Haushalte, die der ARA die Arbeit erleichtern.

Hinweise für Lehrpersonen

Einordnung in den Lehrplan 21

Die Reihe deckt im Fachbereichslehrplan Natur und Technik den Kompetenzbereich NT.2 „Stoffe untersuchen und gewinnen“ ab. Aus NT.2.1 („Stoffe untersuchen, beschreiben und ordnen“) stammen das Bestimmen von Stoffeigenschaften wie Schmelz- und Siedetemperatur, Dichte und Löslichkeit mit Messgeräten, die Diskussion der Messgenauigkeit sowie das Erklären von Aggregatzuständen und Zustandsänderungen mit dem Teilchenmodell und die Grenzen des Modells. NT.2.2 („Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften gezielt trennen“) verlangt das Ordnen nach Reinstoff und Gemisch, Gemischarten, Metall und Nichtmetall, Element und Verbindung, das Trennen einfacher Gemische (Extraktion, Chromatografie, Destillation) und das Erkennen von Trennverfahren im Alltag, etwa in der Kläranlage oder beim Ölabscheider. Die Reihe passt in das 7. oder 8. Schuljahr. Die Zuordnung zu Schuljahr und Lektionenzahl regelt Ihr Kanton.

Zeitplan (8 Lektionen)

LektionAbschnitt
1Stoffeigenschaften, Dichte eines Steins bestimmen
2Teilchenmodell, Aggregatzustände, Diffusionsversuch
3Reinstoffe, Gemische, Element und Verbindung
4–5Salz aus einem Gemisch gewinnen (Magnettrennung, Filtrieren, Eindampfen)
6–7Chromatografie als Schülerversuch, Destillation als Demonstration
8Trennverfahren im Alltag (ARA), Selbsttest

Sicherheit

  • Es gelten die Weisungen Ihres Kantons und Ihrer Schule zur Sicherheit im naturwissenschaftlichen Unterricht. Prüfen Sie diese vor der Reihe, insbesondere zu Brennern, Heizplatten und Chemikalien.
  • Schutzbrille bei allen Versuchen mit Erhitzen, lange Haare zusammenbinden, keine offenen Flammen in der Nähe von Brennsprit oder anderen Lösungsmitteln.
  • Die Reihe kommt mit ungefährlichen Stoffen aus: Kochsalz, Sand, Eisenspäne, Wasser, Lebensmittelfarbe, wasserlösliche Filzstifte. Keine Geschmacksproben im Labor, auch nicht von Salz oder Zucker.
  • Beim Eindampfen spritzt die Lösung gegen Ende. Lassen Sie rechtzeitig abbrechen und mit der Restwärme trocknen.
  • Die Destillation mit Glasapparatur empfiehlt sich als Demonstration: Siedesteinchen nicht vergessen, Kühlwasser vor dem Heizen anstellen, die Apparatur nie geschlossen erhitzen.
  • Der Leitfaden von chemsuisse zum sicheren Umgang mit Chemikalien an Schulen (siehe Quellen) fasst die Pflichten für Schulen in der Schweiz zusammen, unter anderem die Chemikalien-Ansprechperson und die Entsorgung.

Typische Fehlvorstellungen

  • Teilchen haben die Eigenschaften des Stoffs. „Eisteilchen sind kalt“, „Kupferteilchen sind rot“. Betonen Sie, dass Eigenschaften dem Stoff zukommen, nicht dem einzelnen Teilchen.
  • Zwischen den Teilchen ist Luft. Im Modell ist zwischen den Teilchen leerer Raum.
  • Beim Lösen verschwindet der Stoff. Wägen Sie Wasser und Salz vor und nach dem Lösen: Die Masse bleibt gleich.
  • Verdunsten braucht 100 °C. Die Pfütze im Einstieg von Lektion 2 ist genau dafür gedacht.
  • Gelöstes lässt sich abfiltrieren. Lassen Sie Salzwasser filtrieren und einige Tropfen des Filtrats eindampfen. Der Rückstand zeigt, dass das Salz durch den Filter gelaufen ist. Abschmecken ist im Labor tabu.
  • Schwer und dicht werden verwechselt. Konsequent „hat eine grössere Dichte“ statt „ist schwerer“ verwenden.

Differenzierung

  • Grundlegend: Steckbriefe mit vorgegebenen Eigenschaften ergänzen, Gemischarten mit Bildkarten zuordnen, Trennverfahren mit Alltagsbildern verbinden.
  • Erweitert: Dichtebestimmung mit Fehlerdiskussion und Mittelwert (NT.2.1, Messgenauigkeit), eigene Trennkette planen und durchführen, Chromatogramme vergleichen und deuten.
  • Sprachbildung: Fachbegriffe Rückstand, Filtrat, Destillat, Lösung und Suspension mit Satzmustern sichern („Beim … bleibt … zurück, weil …“).

Handlungsaspekte

Die Welt wahrnehmen: Stoffeigenschaften beobachten und messen. Sich die Welt erschliessen: mit dem Teilchenmodell erklären, Messfehler diskutieren. Sich in der Welt orientieren: Trennverfahren in ARA, Saline und Küche erkennen. In der Welt handeln: Trennketten planen, richtig entsorgen (Feuchttücher nicht ins WC).

Häufige Fragen

In welchem Schuljahr passt die Reihe?

Der Lehrplan 21 ordnet NT.2 dem Zyklus 3 zu, legt das Schuljahr aber nicht fest. Die Reihe ist für das 7. oder 8. Schuljahr gedacht und setzt keine Chemievorkenntnisse voraus.

Wie viele Lektionen brauche ich?

Acht Lektionen, davon zwei Doppellektionen für die Versuche zu Trennverfahren. Ohne Destillation und ARA-Auftrag reichen sechs Lektionen.

Brauche ich ein Chemiezimmer?

Für die meisten Versuche nicht: Dichte, Diffusion, Magnettrennung, Filtrieren und Chromatografie gelingen im normalen Schulzimmer. Für das Eindampfen brauchen Sie eine Heizplatte oder einen Brenner, für die Destillation eine Glasapparatur, die sich als Demonstration eignet.

Welche Sicherheitsregeln gelten?

Massgebend sind die Weisungen Ihres Kantons und Ihrer Schule. Die Reihe verwendet nur ungefährliche Stoffe. Schutzbrillen beim Erhitzen sind trotzdem Pflicht, die Hinweise stehen in jeder Lektion und in den Hinweisen für Lehrpersonen.

Quellen

Bildnachweise

  • Titelbild: KI-generiert
  • Drei Kästen mit Teilchen als Kugeln. Fest: dicht in Reihen. Flüssig: ungeordnet und dicht. Gasförmig: wenige Kugeln weit verteilt. Pfeile zeigen Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Kondensieren und Sublimieren.: Eigene Darstellung
  • Aufbau einer Destillation: Rundkolben mit Salzwasser und Siedesteinchen auf einer Heizplatte, oben ein Thermometer. Ein schräges Rohr führt in den Liebigkühler, unten fliesst Kühlwasser ein und oben aus. Das Destillat tropft in eine Vorlage.: Eigene Darstellung

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