M1.3 Lehrerinfo
Infobox
Diese Seite ist Teil einer Materialiensammlung zum Bildungsplan 2004: Grundlagen der Kompetenzorientierung. Bitte beachten Sie, dass der Bildungsplan fortgeschrieben wurde.
Sachinformation: Die Deutung der Experimente von van Helmont
VAN HELMONT pflanzte einen Weidenzweig von 2,5 kg in einen Topf mit 100 kg Erde (Trockengewicht). Nach 5 Jahren hatte der Baum 84,5 kg, das Trockengewicht der Erde hatte sich aber nur um 60 g verringert. Die Gewichtszunahme der Weidenpflanze in fünf Jahren betrug hingegen 84,5 kg - 2,5 kg = 82 kg.
Kann es sich bei den 82kg um Gießwasser handeln, das über die Wurzeln in die Pflanze aufgenommen wurde?
Man weiß, dass eine solche Pflanze zu etwa 80 % aus Wasser besteht. Der Baum von 84,5kg müsste also rund 67,5 kg Wasser enthalten. Das Trockengewicht dieser Pflanze beträgt demnach 84,5 kg - 67,5 kg = 17 kg. Der Zweig von 2,5 kg besteht zu etwa 0,5 kg aus Trockensubstanz. Die Trockengewichtszunahme über 5 Jahre beträgt damit etwa 16,5 kg.
Die Verringerung der Erdmasse von 60 g reicht bei weitem nicht aus, um die 16,5 kg Trockengewichtszunahme zu erklären. Sind die 16,5 kg „umgewandeltes Wasser“ oder ist noch ein weiterer Stoff beteilgt?
Mit Ergebnissen von van Helmont rückte der Gedanke in den Mittelpunkt, dass es eine weitere Form der Stoffaufnahme geben muss. Dies führte zu der Frage, welche Bestandteile der Luft eine Rolle für das Leben der Pflanzen spielen. Die ersten Versuche zur Klärung dieser Problematik führte JOSEPH PRIESTLEY gegen Ende des 18. Jahrhunderts durch (siehe Modul 2).
Heute weiß man, dass ein Teil des Wassers, das Pflanzen aus dem Boden aufnehmen, im Zuge der Fotosynthese im Kohlenhydrat Glucose bzw Stärke gespeichert wird (zumindest in der Bilanz). Das Herstellen eines solchen Zusammenhangs ist für Schüler der 7. Klasse noch nicht naheliegend. Es setzt das Erklärungsmodell einer Stoffumwandlung (Chemische Reaktion) voraus, das aus dem Chemieunterricht noch nicht bekannt ist. Dasselbe Erklärungsmodell wird von den SuS verlangt, um die Biomassezunahme von Pflanzen auf die Fixierung von Kohlenstoffdioxid und Umwandlung in Glucose zurückzuführen.
Aus der Summengleichung der Fotosynthese werden die folgenden Masseveränderungen deutlich
6 H 2 O + 6CO 2 → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 108 g H 2 O + 264 g CO 2 → 180 g C 6 H12O 6 + 192 g O 2Somit sind 108 g Wasser und 264 g CO2 nötig, um einen Biomassezuwachs von 180 g zu erzielen. Zumindest ein Teil der Trockengewichtszunahme der Weide in van Helmonts Versuch ist somit auf die „Fixierung“ von Gießwasser zurückzuführen, ein anderer Teil auf die Fixierung von CO2.
Da diese quantitativen Zusammenhänge für SuS der 7. Klasse nicht nachvollziehbar sind, ist es sinnvoll diese Fotosynthesegleichung als elementare Grundgleichung für alle Lebensprozesse an geeigneter Stelle des Chemieunterrichts zu thematisieren.
zurück: M1b Lehrerinfo
weiter: M1.3 Ernährung Tier / Pflanze
Modul 1b: Pflanzen produzieren in grünen Pflanzenteilen den Nährstoff Stärke: Herunterladen [docx] [439 KB]
Modul 1b: Pflanzen produzieren in grünen Pflanzenteilen den Nährstoff Stärke: Herunterladen [pdf] [598 KB]