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Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede haben PVC, PET und TPS?

Produkte der Chemie (11) –
Makromoleküle in Natur und Technik

E6 Untersuchungen und Experimente auswerten - Aufzeichnungen von Beobachtungen und Messdaten mit Bezug auf zugrundeliegende Fragestellungen und Hypothesen interpretieren und daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge sowie funktionale Beziehungen ableiten,

E7 Modelle auswählen und Modellgrenzen angeben- Elemente wesentlicher chemischer Modellierungen situationsgerecht und begründet auswählen und dabei ihre Grenzen und Gültigkeitsbereiche beachten,

B2 Argumentieren und Position beziehen - in Situationen mit mehreren Entscheidungsmöglichkeiten Kriterien gewichten, Argumente abwägen, Entscheidungen treffen und diese gegenüber anderen Positionen begründet vertreten,

Lernvoraussetzungen – aus der Chemie und aus anderen Fächern:

Die Schülerinnen und Schüler

- kennen verschiedene Bindungsarten (Ionenbindung IF 7, Elektronenpaarbindung IF 8),

- können Kunststoffe als organische Verbindungen identifizieren (IF 10),

- kennen die Esterbildung als Beispiel für eine Kondensationsreaktion (IF 11, UV 1),

- kennen den Vorgang des Recyclings als Möglichkeit zur Schonung von Ressourcen (IF 1, UV 2; IF 5, IF 9).

Fächerübergreifende Aspekte:

Bei Rechercheaufgaben müssen die Quellen korrekt zitiert werden.

Mit dem Fach Erdkunde kann in den Inhaltsfeldern 6 und 7 „Naturbedingte und anthropogen bedingte Gefährdung von Lebensräumen“ sowie „Regionale und globale räumliche Disparitäten“ unter dem Aspekt des Umgangs mit Ressourcen, Konsum und Müllerzeugung zusammengearbeitet werden.

Welche Bedeutung besitzen Kunststoffe als moderne Werkstoffe im Alltag und welche Kunststoffe werden häufig verwendet? (3 Ust.)

„Erstbegegnung“ mit Kunststoffen

Strukturformeln

Zitation

Informationen zur Anwendung und Herstellung chemischer Produkte beschaffen und die Quellen korrekt zitieren (K5).

Aufbau eines „Kunststoffmarktes“ mit Klassifizierung, Eigenschaften, Nutzung und Strukturformeln verschiedener, alltäglicher Kunststoffprodukte (z. B. PE, PP, PS, PVC, PET, TPS)

Einführung in die Kurzzeichen der Kunststoffe und die Recycling-Codes 

Auswertung vorgegebener Quellen mit dem Ziel, ein Informa­tionsblatt über die Verwendung und Struktur verschiedener Kunststoffe zu erstellen

Zitation gemäß Vorgaben durchführen

Wie unterscheiden sich auf molekularer Ebene Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere? (4 Ust.)

Thermoplast, Duroplast, Elastomer

Maschinelle Herstellung von Alltagsgegenständen aus Kunststoff

Modellbildung

Struktur- und Eigenschaftsbeziehungen

Kunststoffe aufgrund ihres Temperaturverhaltens klassifizieren und dieses mit einer stark vereinfachten Darstellung ihres Aufbaus erklären (E6, E8).

Informationen zur Anwendung und Herstellung chemischer Produkte beschaffen und die Quellen korrekt zitieren (K5).

Summen- oder Strukturformeln als Darstellungsform angemessen auswählen und einsetzen (K7).

Experimenteller Zugang zu den unterschiedlichen Kunststoffarten mit besonderem Fokus auf Thermoplaste:

- Erhitzen von Kunststoffproben

- Umschmelzen und Tiefziehen eines Joghurtbechers

Recherche: Herstellen von Kunststoff-Alltagsprodukten durch Tief­ziehen

Nachbau der Strukturformel als Molekülmodell mit Hilfe eines Molekülbaukastens und zeichnerische Darstellung der Vernetzung der Makromoleküle

Ableitung der Eigenschaften wie Härte und Dehnbarkeit auf der Grundlage der Molekülstruktur

Wie bilden sich aus Monomeren Makromoleküle?

Monomer, Makromolekül, Polymerisation, Polykonden­sation

(4 Ust.)

die Prinzipien der Kondensationsreaktion und der Hydrolyse an ausgewählten Beispielen erläutern (UF3).

an Modellen und mithilfe von Strukturformeln die Bildung von Makromolekülen als Polymerisation erklären (E7, E8).

Summen- oder Strukturformeln als Darstellungsform angemessen auswählen und einsetzen (K7).

Lehrerdemonstrationsexperiment zur Polykondensation: z. B. Herstellung von Nylon^® (Polyamid)

Erarbeitung der Polymerisation vom Monomer zum Polymer am Beispiel des Ethens mit Hilfe eines „Molekülpuzzles“ oder eines Molekülbaukastens

Herstellung eines Bio-Kunststoffes aus Milchsäure [5]

Welcher Kunststoff (PVC, PET, TPS) ist im Hinblick auf das Konzept der Nachhaltigkeit der beste?

Umweltverschmutzung durch Kunststoffmüll

Nachhaltigkeit

(4 Ust.)

Summen- oder Strukturformeln als Darstellungsform angemessen auswählen und einsetzen (K7).

Kunststoffe (u.a. PVC, PET, TPS) hinsichtlich ihrer Eigenschaften, Wirtschaftlichkeit, Recyclebarkeit und Umweltverträglichkeit gegeneinander abwägen und im Hinblick auf einen Verwendungszweck einen eigenen Standpunkt begründet vertreten (B2).

am Beispiel einzelner chemischer Produkte oder einer Produktgruppe kriteriengeleitet Chancen und Risiken einer Nutzung abwägen, einen Standpunkt dazu beziehen und diesen gegenüber anderen Positionen begründet vertreten (B2, K8).

Problematisierung der Umweltverträglichkeit von Kunststoffen in Bezug auf ihre Entsorgung Recyclebarkeit, Recyclingquote und biologische Abbaubarkeit), z. B. durch Präsentation des Films „Kunststoffe – Müll ohne Ende“[6] oder der Phänomene „Atlantic garbage patch“, „Great pacific garbage patch“ [7]

Definition des Begriffs Nachhaltigkeit [8]

Arbeitsverfahren zur Bewertung verschiedener Kunststoffe in Bezug auf Nachhaltigkeit, z. B. in Form der Warentestmethode[8]

Reflexion eigener (Kauf-) Entscheidungen in Hinblick auf Nachhaltigkeit bei Kunststoffprodukten

1.

Wikipedia: Kurzzeichen für Kunststoffe

Übersicht über die Kurzzeichen für Kunststoffe

2.

Wikipedia: Recyclingcodes  

Übersicht über die Recyclingcodes, u.a. für Kunststoffe

3.

TU Braunschweig: Polystyrol-Versuche

u.a. eine Versuchsanleitung zum Umschmelzen und Tiefziehen eines Joghurtbechers

4.

Internetrecherche mit dem Stichworten „Kunststoff tiefziehen“

Man findet u.a. Videos, in denen gezeigt wird, wie Kunststoff-Hohlformen mit maschinellen Verfahren durch Tiefziehen hergestellt werden.

5.

Fonds der Chemischen Industrie (Hg.) (2009): Nachwachsende Rohstoffe. Darmstadt: Frotscher Druck. Experiment 7 auf der beiliegenden CD.

Auch im Internet

Man findet eine Versuchsvorschrift zur Herstellung eines Kunststoffes aus Milchsäure.

6.

Film FWU: Kunststoffe – Müll ohne Ende (Art.-Nr.: Art.-Nr.:5511019)

Der Film zeigt u.a. die Verschmutzung des Meeres durch Abfälle aus Kunststoff.

7.

Internetrecherche mit dem Stichwort „Plastikmüll in den Ozeanen“, „atlantic garbage patch“, „great pacific garbage patch“

Man findet Artikel, aber auch Fotos und Filme zum Phänomen des Plastikmülls in den Ozeanen.

8.

Burmeister, Mareike; Ingo Eilks (2011): Ist ein Bio-Kunststoff immer besser als PVC? In: PdN Chemie in der Schule, 60. Jg., Heft 5 (07/2011), S. 33-36

Unterrichtsmodell zur Bewertung der Nachhaltigkeit von drei verschiedenen Kunststoffen (PVC, PET, TPS) mit der Warentestmethode, s. auch Material zur Warentestmethode [9]

9.

Chemiedidaktik Uni Bremen: Materialien   →  2011 Arbeitsmateralien zur Warentestmethode

Zusatzmaterial zu Burmeister (2011) [8]: Datei mit Arbeitsblättern

10.

Praxis der Naturwissenschaften Chemie in der Schule, Heft 7/56 (10/2007): Innovative Kunststoffe.

u.a. einfache Schülerexperimente zu Makromolekülen

11.

Naturwissenschaften im Unterricht Chemie, Heft 73 (2003): Moderne Kunststoffe

Diverse Informationen zum Thema Kunststoffe, darunter grundlegende Informationen (u.a. Geschichte der Kunststoffe), Experimente und methodische Anregungen

12.

Planet Schule: Wie wird aus Kartoffeln Plastik

Film „Wie wird aus Kartoffeln Plastik“: Kartoffelstärke und biologisch abbaubare Produkte des alltäglichen Lebens