Chemie
Sekundarstufe II
Organische Stoffklassen
Löslichkeit und Mehrphasensystem
Datum:

Womit gehen die Farben ab?

Wasser und Heptan als Lösemittel. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erläutern.

21.12.2025
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Gregor von BorstelDavid Weninger
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Die Idee dahinterPDF

Die Idee dahinter

Ziele
Die Lernenden beschreiben beispielhaft die zwischenmolekularen Wechselwirkungen in ausgewählten Lösungsmitteln und Farbstoffen und erläutern, wie diese die Löslichkeit beeinflussen.

Die Lernenden ...

  • ordnen die Farbstoffe begründet den Kategorien polar und unpolar zu.
  • erklären das Ablöseverhalten der Farben mithilfe des Satzes „Ähnliches löst sich in Ähnlichem“ und begründen dieses aber tiefergehend mit Teilchenvorstellungen.
  • analysieren ihre experimentellen Beobachtungen und bewerten, welches Lösungsmittel sich fachlich begründet am besten zum Entfernen der Farbe eignet.
kurze Beschreibung

In dieser Sequenz werden nicht verschiedene Alkohole und deren Löslichkeit in Wasser oder Heptan verglichen und erklärt, sondern es wird vernetzend und zunehmend komplexer betrachtet und erläutert

  • warum sich polare und unpolare Stoffe nicht dauerhaft mischen (Wasser – Heptan),
  • warum sich polare Farbstoffe in polaren Lösemitteln besser lösen als in unpolaren und umgekehrt (zweiphasige Systeme, Phasengrenze, Ausschütteln, Lösevorgang auf Teilchenebene),
  • inwiefern Ethanol ein universelles Lösemittel ist und damit ein exemplarischer Stellvertreter eines grenzflächenaktiven Stoffes.
ausführliche Beschreibung

Hier eine komplette Beschreibung, die zwar aus dem Jahr 2019 stammt, aber noch ausreichend den grundlegenden Gedanken skizziert.

Mittlerweile gehen wir allerdings „back to the roots“: unsere Erfahrung zeigt, dass haptische Modelle (Eigenbau, 3D-Druck) den Lernenden einen einfacheren und zügigeren Einblick in die Teilchenebene ermöglichen, als die digitale Anordnung. Auf Fotos oder Whiteboards davon können dann Wechselwirkungen ergänzt werden.

Einbettung

Lösungen von Schülerinnen am Whiteboard mit haptischen Modellen.1

Einbettung

Advance Organizer.2

Aufgaben

  1. Betrachten Sie Video 1. Darin werden zwei Farbstoffmoleküle vorgestellt. Halten Sie den Film bei Sekunde 30 an und überlegen Sie, ob die dort gezeichneten Moleküle überwiegend polar oder unpolar sind. Schauen Sie den Film zu Ende an.
  2. Betrachten Sie nun Video 2. Stellen Sie begründete Vermutungen auf, welcher Stoff als Lösemittel eingesetzt wurde. Benennen Sie das Problem, das sich für den „Anwender“ ergibt.
  3. Machen Sie basierend auf ihren Vorerfahrungen einen Vorschlag zur Problemlösung.
M1

Zwei verschiedene Marker

Polar oder unpolar?

Wir benutzen ja häufiger mal Whiteboard.

Betrachten wir einmal zwei Farbstoffe von „Markern“ auf der makroskopischen und symbolischen Ebene etwas genauer.

Farben im Vergleich

 zwei Farbstoffe im Einsatz3

 Wie geht das weg? 3

Aufgaben

Prüfen und erklären Sie folgendermaßen, welcher Farbstoff (permanent bzw. unpolar, non permanent bzw. polar) sich in welchem Lösemittel (Wasser polar, Heptan unpolar) besser löst:

  1. Führen Sie das Experiment entsprechend der Anleitung V1 durch. Nutzen Sie ggf. zusätzlich das Video 3.
  2. Notieren Sie ihre Beobachtungen und formulieren Aussagen zur Löslichkeit der Farbstoffe.
  3. Erstellen Sie für die Erläuterung der Sachverhalte zu den vier „Augenblicksaufnahmen“ in M2 das jeweils passende Szenario auf Teilchenebene. Nutzen Sie die haptischen Modelle und Whiteboards. Beschriften Sie ihre Abbildungen fachsprachlich korrekt.
    Hinweis: alternative digitale Vorlagen finden sich in der Idee dahinter
V1

Was ist wo drin?

Materialien
  • Schutzbrille
  • Pinzette
  • Schnappdeckelglas mit Deckel
  • Kunststoffplättchen mit Farben
Chemikalien
  • Heptan
  • Wasser
  • gelber Farbstoff aus Permanentmarker
  • blauer Farbstoff aus nonpermanent Folienstift
Entsorgung

Gefäß verschlossen bei der Lehrperson abgeben.

Das Kunststoffplättchen wurde zuvor mit dem blauem und gelbem Farbstoff aus den Markern oben und unten bemalt. Wasser und Heptan wurden von der Lehrperson in ein Schnappdeckelglas eingefüllt. 

Prüfen Sie nach jedem Arbeitsschritt, ob der Verschluss dicht sitzt.

Aufbau und Durchführung
  • Öffnen Sie das Gefäß und geben Sie mit der Pinzette zügig das Kunststoffplättchen so hinein, dass die Seite mit der gelben Farbe nach unten zeigt.
  • Verschließen Sie das Gefäß sorgsam und beobachten Sie für einige Sekunden, ob etwas passiert.
  • Drehen Sie dann das Gefäß auf den Kopf, beobachten Sie, schütteln Sie und beobachten Sie erneut.

Videografie des Versuchs4

M2

Erläuterungen auf Teilchenebene

Zeitpunkt 1

 Zu Beginn, gelber Farbstoff in der wässrigen Phase 3

Zeitpunkt 2

Direkt nach dem Umdrehen (real – Teilchenebene muss gezeichnet werden)3

Zeitpunkt 3

Kurze Zeit später (real – Teilchenebene noch leer)3

Zeitpunkt 4

Nach Entfernen des Plastikstücks (real – Teilchenebene zu zeichnen)3

Weitergedacht

  1. Erklären Sie, warum im Experiment das Schnappdeckelglas zu Anfang umgedreht wird.
M3

Fehlersuche

Weiteres

Schon fertig? Dann finde doch in folgenden Abbildungen jeweils mindestens einen Fehler. Oder ist alles korrekt dargestellt?

Weiteres

Fehlersuchbilder3

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Wasser und Heptan als Lösemittel. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erläutern.
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