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Hin­wei­se

Lern­Job:
Eine un­be­kann­te Flüs­sig­keit

4-8 Stun­den keinwasser

A: In­halt

Bei die­sem Lern­Job haben die SuS drei­mal die Auf­ga­be ver­schmutz­tes Was­ser wie­der sau­ber zu krie­gen. Um zu be­wei­sen, dass sie dabei nicht ge­schum­melt haben, müs­sen sie immer eine Probe des ge­rei­nig­ten Was­sers und eine Probe des "Schmutz­stof­fes“ ab­lie­fern. Das ist gar nicht so ein­fach! Zur Übung und Ver­tie­fung wer­den noch eine Reihe zu­sätz­li­cher Tren­nungs­auf­ga­ben an­ge­bo­ten.

B: Do­ku­men­te

1. Hin­wei­se für die Lehr­kraft

32201_hin­wei­se _lern­job­_­was­ser_­mus­s_­sau­ber_­sein.docx

2. Lern­Job-Maske leer

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3. Hilfs­ma­te­ri­al 1

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4. Hilfs­ma­te­ri­al 2

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5. In­for­ma­ti­on 1

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6. In­for­ma­ti­on 2

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7. In­for­ma­ti­on 3

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8. Vor­schlag A mit Hin­wei­sen

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9. Vor­schlag B mit Lö­sun­gen

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10. Vor­schlag C mit Lö­sun­gen

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11. Vor­schlag D mit Lö­sun­gen

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12. Vor­schlag E mit Lö­sun­gen

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13. Vor­schlag F1 mit Lö­sun­gen

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14. Vor­schlag F2 mit Lö­sun­gen

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15. Vor­schlag G mit Lö­sun­gen

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16. Lern­Job-Maske voll (Mus­ter­lö­sung)

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17. Ge­fähr­dungs­be­ur­tei­lun­gen

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18. Bild­quel­len

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19. Klas­sen­ar­beit (für beide Lern­Jobs)

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20. Lern­Job-Maske, Al­ter­na­ti­ve für Job 1

32220_al­ter­na­ti­ve­_job­1_­lern­job­_­was­ser_­mus­s_­sau­ber_­sein.docx

C: As­so­zi­ier­te Stan­dards

Kom­pe­tenz­be­reich „Er­kennt­nis­ge­win­nung“ (2.1)

1. Phä­no­me­ne be­ob­ach­ten und be­schrei­ben
4. zu­neh­mend Be­ob­ach­tun­gen von Er­klä­run­gen un­ter­schei­den
6. Ex­pe­ri­men­te unter An­lei­tung pla­nen, durch­füh­ren, aus­wer­ten
10. ein­fa­che An­sät­ze zur Lö­sung eines na­tur­wis­sen­schaft­li­chen be­zie­hungs­wei­se tech­ni­schen Pro­blems ent­wi­ckeln

Kom­pe­tenz­be­reich „Kom­mu­ni­ka­ti­on“ (2.2)

1. beim na­tur­wis­sen­schaft­li­chen und tech­ni­schen Ar­bei­ten im Team Ver­ant­wor­tung für Ar­beits­pro­zes­se über­neh­men, aus­dau­ernd zu­sam­men­ar­bei­ten und dabei Ziele sowie Auf­ga­ben sach­be­zo­gen dis­ku­tie­ren
2. ihr Vor­ge­hen, ihre Be­ob­ach­tun­gen und die Er­geb­nis­se ihrer Ar­beit do­ku­men­tie­ren
5. Sach­ver­hal­te adres­sa­ten­ge­recht prä­sen­tie­ren
7. zu­neh­mend zwi­schen all­tags­sprach­li­cher und fach­sprach­li­cher Be­schrei­bung un­ter­schei­den
8. ein­fa­che Skiz­zen und Zeich­nun­gen lesen und er­stel­len

Kom­pe­tenz­be­reich „Be­wer­tung“ (2.3)

1. na­tur­wis­sen­schaft­li­che Er­kennt­nis­se für die Lö­sung von All­tags­fra­gen sinn­voll ein­set­zen
5. öko­lo­gisch und öko­no­misch ver­ant­wor­tungs­be­wusst mit Ma­te­ri­al und En­er­gie um­ge­hen

Kom­pe­tenz­be­reich „Denk- und Ar­beits­wei­sen der Na­tur­wis­sen­schaf­ten und der Tech­nik“ (3.1.1)
(1) wich­ti­ge Ar­beits­ge­rä­te si­cher nut­zen und deren be­stim­mungs­ge­mä­ßen Ein­satz er­läu­tern (…Gas­bren­ner)
(4) an Bei­spie­len die na­tur­wis­sen­schaft­li­che Ar­beits­wei­se durch­füh­ren und er­läu­tern (Be­ob­ach­tung eines Phä­no­mens, Ver­mu­tung, Ex­pe­ri­ment, Über­prü­fung der Ver­mu­tung)
(5) Ex­pe­ri­men­te pla­nen und durch­füh­ren, Mess­wer­te er­fas­sen und Er­geb­nis­se pro­to­kol­lie­ren sowie er­läu­tern, wie man dabei vor­geht (Ta­bel­len, Dia­gram­me und Skiz­zen)

Kom­pe­tenz­be­reich „Was­ser-ein le­bens­wich­ti­ger Stoff-“ (3.1.3)
(7) Ex­pe­ri­men­te zur Tren­nung von Ge­mi­schen pla­nen, durch­füh­ren, do­ku­men­tie­ren (Lösen, Fil­trie­ren, De­kan­tie­ren, Ein­damp­fen) und tech­ni­sche An­wen­dun­gen er­klä­ren (Was­ser­rei­ni­gung).

D: Hin­wei­se

Lern­vor­aus­set­zun­gen für die­sen Lern­Job

  • selbst­stän­di­ge Nut­zung des Gas­bren­ners (vgl. 3.1.1 (1)), evtl. „Brenn­er­füh­rer­schein“
  • Was­ser als Lö­sungs­mit­tel (vgl. Bil­dungs­plan Sach­un­ter­richt, Stan­dard 3.​2.​3.​1 (8) + Ex­pe­ri­ment 4.3.5).
  • Se­di­men­ta­ti­on und Fil­tra­ti­on (vgl. Bil­dungs­plan Sach­un­ter­richt, Stan­dard 3.​2.​3.​1 (9) + Ex­pe­ri­ment 4.3.7)

All­ge­mei­ne Hin­wei­se zur Pla­nung und Um­set­zung

  • In die­sem Lern­Job sol­len die SuS in Zwei­er- oder Drei­er­teams zu­sam­men­ar­bei­ten. Idea­ler­wei­se wird mit der ge­teil­ten Klas­se ge­ar­bei­tet, also mit 14 bis 16 SuS in 5 bis 8 Teams.
  • Wie viel Zeit die­ser Lern­Job be­an­sprucht (6 bis 10 Stun­den), hängt we­sent­lich von den Len­kungs­ent­schei­dun­gen der Lehr­kraft ab, vor allem davon, (1) wie selbst­ver­ant­wort­lich die SuS tat­säch­lich ar­bei­ten dür­fen, (2) ob und wie stark ein­zel­ne Lernas­pek­te im Vor­feld vor­be­rei­tet oder „just-in-time“ ent­las­tet wer­den, (3) wie aus­gie­big und selbst­stän­dig ins­be­son­de­re Job 4 („Wie­der­ho­len, an­wen­den, wei­ter den­ken…“) be­ar­bei­tet wird, (4) ob und wie aus­gie­big nach Be­en­di­gung eines Sinn­ab­schnitts schü­ler- oder leh­rer­zen­trier­te Ple­nums­pha­sen (z.B. Prä­sen­ta­tio­nen) zur Wis­sens­in­te­gra­ti­on durch­ge­führt wer­den.
  • Der Lern­Job er­mög­licht die Um­set­zung ver­schie­de­ner Dif­fe­ren­zie­rungs­as­pek­te:

Dif­fe­ren­zie­rungs­as­pekt

Um­set­zung im Lern­Job

Auf­lö­sen des glei­chen Lern­tem­pos

Vor­ga­be einer Ge­samt­ar­beits­zeit

Auf­lö­sen der glei­chen Lern­we­ge

Ei­ge­ne Pla­nung der Ex­pe­ri­men­te

un­ver­bind­li­che Hil­fe­stel­lun­gen

Auf­lö­sen der glei­chen Lern­in­hal­te

un­ver­bind­li­che Ar­beits­vor­schlä­ge zur Wei­ter­ar­beit

Auf­lö­sen des glei­chen An­for­de­rungs­ni­veaus

un­ver­bind­li­che Hil­fe­stel­lun­gen

Ar­beits­vor­schlä­ge mit ver­schie­de­nen An­spruchs­ni­veaus

Auf­lö­sen der glei­chen So­zi­al­form

Zwei­er- oder Drei­er­teams

Ver­bind­li­che ge­mein­sa­me Basis

In­halt­li­che Vor­be­rei­tung, Wis­sens­in­te­gra­ti­on, Mus­ter­lö­sung

  • Prin­zi­pi­ell kann der Lern­Job auch leh­rer­ge­steu­ert „im Gleich­schritt“ durch­ge­führt wer­den. Dabei ent­fal­tet die Me­tho­de aber nicht ihr vol­les Dif­fe­ren­zie­rungs­po­ten­zi­al. Eine sol­che Vor­ge­hens­wei­se kann dann ziel­füh­rend sein, wenn nicht mit der ge­teil­ten Klas­se ge­ar­bei­tet wer­den kann und deut­lich über 20 SuS am Un­ter­richt teil­neh­men.  Einen gro­ben An­halts­punkt für die Zeit­pla­nung gibt fol­gen­de Über­sicht:

 

min.

max.

Job 1

60 min

90 min

Job 2

60 min

90 min

Job 3

60 min

90 min

Job 4

90 min

180 min

Hin­wei­se zur Ex­pe­ri­men­tier­pha­se in Job 1

  • Hier geht es um die Tren­nung einer Lö­sung von Koch­salz in Was­ser. Es wird vor­aus­ge­setzt, dass die SuS die Ag­gre­gat­zu­stän­de von Was­ser und deren Über­gän­ge be­reits ken­nen (vgl. Bil­dungs­plan Sach­un­ter­richt, Stan­dard 3.​2.​3.​1 (4) + Ex­pe­ri­ment 4.3.4). Ge­ge­be­nen­falls ist es trotz­dem sinn­voll, diese Un­ter­richts­ge­gen­stän­de vor Durch­füh­rung des Lern­Jobs auf­zu­fri­schen.  In die­sem Zu­sam­men­hang kann das Hilfs­ma­te­ri­al 2 zum Ein­satz kom­men.
  • Die SuS sind wo­mög­lich der Mei­nung, dass durch Fil­tra­ti­on eine Ab­tren­nung des Koch­sal­zes mög­lich ist. Da­hin­ter steckt die fal­sche aber durch­aus plau­si­ble Vor­stel­lung, dass das Koch­salz in der Lö­sung le­dig­lich sehr fein ver­teilt ist, je­doch einen Fil­ter nicht pas­sie­ren kann. Bei die­sem Ar­ran­ge­ment ist es nun durch­aus mög­lich, dass die SuS die­sen Irr­weg be­schrei­ten und so die Un­zu­läng­lich­keit ihres Kon­zepts selbst ent­de­cken.
  • Ziel­füh­rend für die­ses Pro­blem ist eine De­stil­la­ti­on. Hier­bei ist die Aus­beu­te an Was­ser sehr ge­ring, wenn das Kon­den­sa­ti­ons­rohr nicht aus­rei­chend ge­kühlt wird. Ein­fach zu rea­li­sie­ren und durch­aus ef­fek­tiv ist eine Kühl­fal­le mit Eis­was­ser (siehe Mus­ter­lö­sung). Die Durch­füh­rung ist durch die Lehr­kraft auf­merk­sam zu be­ob­ach­ten, da sie­den­des Salz­was­ser und stän­di­ger Dampf­aus­tritt zwei nicht zu un­ter­schät­zen­de Ge­fah­ren­quel­len dar­stel­len.
  • Al­ter­na­tiv zum Gas­bren­ner kann auch ein elek­tri­scher Heiz­pilz ver­wen­det wer­den. In die­sem Fall ist auf der Lern­Job-Maske (Seite 2) das Feld „Gas­bren­ner und Feu­er­zeug“ zu er­set­zen durch das Sym­bol für die Heiz­plat­te. In der Ver­suchs­skiz­ze ist auch in der Mus­ter­lö­sung eine ent­spre­chen­de Ver­än­de­rung vor­zu­neh­men.

 

Heizpilz       Versuchsaufbau

C) Schnitt­zeich­nung La­bor­ge­rä­te: Mit freund­li­cher Ge­neh­mi­gung des Bil­dungs­hau­ses Schul­buch­ver­la­ge Wes­ter­mann Schro­edel Dies­ter­weg Schö­ningh Wink­lers GmbH, Georg-Wes­ter­mann-Allee 66, 38104 Braun­schweig

  • Al­ter­na­tiv zur De­stil­la­ti­on, die als Tren­nungs­me­tho­de im BNT-Bil­dungs­plan nicht ge­for­dert ist, kann auch ein ein­fa­ches Ein­damp­fen des Salz­was­sers wie in Job 2d) im Lern­Job „Eine un­be­kann­te Flüs­sig­keit“ durch­ge­führt wer­den. Um eine Probe des ge­rei­nig­ten Was­sers zu er­hal­ten ist dann le­dig­lich eine Glas­plat­te er­for­der­lich, die in den Dampf ge­hal­ten wird, so dass Was­ser daran kon­den­sie­ren und in ein Be­cher­glas ab­trop­fen kann. In die­sem Fall sind auf der Lern­Job-Maske (Seite 2-4) ei­ni­ge Ver­än­de­run­gen vor­zu­neh­men, die in der Al­ter­na­tiv­ver­si­on (32220_al­ter­na­ti­ve­_job­1_­lern­job­_­was­ser_­mus­s_­sau­ber_­sein.docx) um­ge­setzt wor­den sind. Auch die zu­ge­hö­ri­ge An­pas­sung der Mus­ter­lö­sung fin­det sich in die­sem Do­ku­ment.  

Hin­wei­se zur Ex­pe­ri­men­tier­pha­se in Job 2

  • Hier geht es um die Tren­nung einer Sus­pen­si­on von Erde in Was­ser. Die Fil­tra­ti­on ist für die­ses Pro­blem eben­so na­he­lie­gend wie ziel­füh­rend. Lö­sun­gen zu tren­nen ist dem­nach we­sent­lich en­er­gie­auf­wän­di­ger als die Tren­nung von Ge­mi­schen, bei denen der ver­un­rei­ni­gen­de Stoff nicht in Lö­sung ist.
  • Eine Al­ter­na­ti­ve zur Fil­tra­ti­on ist hier die Se­di­men­ta­ti­on. Die­ses Ver­fah­ren ge­hört nicht zum ver­bind­li­chen Lern­stoff und wird des­halb in einer INFO ab­ge­han­delt. In die­sem Zu­sam­men­hang ist auch eine ex­pe­ri­men­tel­le Haus­auf­ga­be denk­bar, bei der die SuS die ver­schie­de­nen Sta­di­en der Se­di­men­ta­ti­on do­ku­men­tie­ren.
  • Bei der kor­rek­ten Fal­tung von Rund­fil­tern ent­ste­hen Fal­ten­fil­ter, die auf­grund ihrer gro­ßen Ober­flä­che eine idea­le Fil­ter­wir­kung er­zie­len.  Die zu­ge­hö­ri­ge Falt­tech­nik wird eben­falls in einer INFO ab­ge­han­delt.

Hin­wei­se zur Ex­pe­ri­men­tier­pha­se in Job 3

  • Hier geht es das Aus­ga­sen von Koh­len­stoff­di­oxid aus sau­rem Spru­del. Die Be­zeich­nung „sau­rer Spru­del“ ist nicht ganz kor­rekt, denn in Deutsch­land darf recht­lich als Spru­del nur Mi­ne­ral­was­ser be­zeich­net wer­den.
  • Be­reits durch Schüt­teln des Kol­bens ent­weicht das Gas und kann ge­fahr­los in einem Luft­bal­lon auf­ge­fan­gen wer­den. Für die voll­stän­di­ge Ent­fer­nung des Gases ist es im Wei­te­ren er­for­der­lich, die Flüs­sig­keit zu er­hit­zen. Da die Lös­lich­keit von Gasen bei hö­he­rer Tem­pe­ra­tur ab­nimmt, kann Koh­len­stoff­di­oxid prak­tisch voll­stän­dig ent­fernt wer­den. Es ist von Sei­ten der Lehr­kraft dar­auf zu ach­ten, dass der saure Spru­del von den SuS nicht zum Sie­den er­hitzt wird, damit der Aus­tritt von Koh­len­stoff­di­oxid nicht mit der Bla­sen­bil­dung beim Sie­den ver­wech­selt wird. Zu die­sem Zweck soll­te den SuS zu­sätz­lich ein Ther­mo­me­ter aus­ge­teilt wer­den und die Tem­pe­ra­tur auf 70°C be­schränkt wer­den.
  • Die im Text ge­trof­fe­ne Aus­sa­ge „ Ein Teil des Gases ist…ge­löst. Man er­kennt aber auch, dass ein Teil des Gases sich nicht löst son­dern wei­ter­hin gas­för­mig vor­liegt .“ ist eine Ver­ein­fa­chung der tat­säch­li­chen che­mi­schen Ver­hält­nis­se, die ex­ak­ter durch die bei­den Gleich­ge­wichts­re­ak­tio­nen.

CO 2 (g) ⇌ CO 2 (aq)

CO 2 (aq) + 2 H 2 O(l)  ⇌ H 3 O + (aq) + HCO 3 - (aq)

  zu be­schrei­ben sind.

Hin­wei­se zu den Ar­beits­vor­schlä­gen in Job 4

  • Bei Vor­schlag A geht es um die Er­stel­lung einer Con­cept-Map zur Fes­ti­gung und Ab­gren­zung der zahl­rei­chen Fach­be­grif­fe des Lern­Jobs. Hin­wei­se zur Durch­füh­rung fin­den sich di­rekt beim Ma­te­ri­al.
  • Bei Vor­schlag B wird eine Si­tua­ti­on be­trach­tet, wie sie auch bei der Auf­be­rei­tung von Was­ser in der Klär­an­la­ge an­zu­tref­fen ist: Grobe un­lös­li­che Fest­stof­fe, die auf­grund ihrer hohen Dich­te im Was­ser nach unten sin­ken (z.B. Sand, hier mo­dell­haft Mur­meln) oder auf­grund ihrer ge­rin­gen Dich­te an der Ober­flä­che schwim­men (z.B. Holz, hier mo­dell­haft Sty­ro­por­ku­geln) müs­sen in der ers­ten Stufe me­cha­nisch ent­fernt wer­den. Die Durch­füh­rung ge­lingt sehr ein­fach z.B. mit einer Pin­zet­te.
  • Bei Vor­schlag C geht es um die Tren­nung einer Was­ser-Öl-Emul­si­on mit­hil­fe eines Schei­detrich­ters. Wie be­reits bei Vor­schlag B sind die Be­grif­fe „Dich­te“ und „Was­ser­lös­lich­keit“ zur Be­schrei­bung des Phä­no­mens er­for­der­lich. Die Durch­füh­rung ist dies­mal je­doch an­spruchs­vol­ler, da zu­nächst über den sinn­vol­len Ein­satz des Schei­detrich­ters nach­ge­dacht wer­den muss.
  • GHS 02 Bei Vor­schlag D geht es um die De­stil­la­ti­on einer Lö­sung von Al­ko­hol (ge­nau­er: Etha­nol, GHS 02) in Was­ser. Aus Kos­ten­grün­den ist es hier zweck­mä­ßig Brenn­spi­ri­tus ein­zu­set­zen. Es ist auch denk­bar, den Al­ko­hol ein­fach ab­zu­damp­fen. Auf jeden Fall ist hier ein Heiz­pilz (beim Ab­damp­fen eine Heiz­plat­te) zu ver­wen­den, keine of­fe­ne Flam­me! Die Durch­füh­rung ist durch die Lehr­kraft in jedem Fall be­son­ders auf­merk­sam zu be­ob­ach­ten, denn hier ent­ste­hen brenn­ba­re Etha­nol­dämp­fe (siehe Ge­fähr­dungs­be­ur­tei­lung)
  • Bei Vor­schlag E geht es um die Rei­ni­gung von „Tin­ten­was­ser“ mit­hil­fe von Ak­tiv­koh­le und an­schlie­ßen­der Fil­tra­ti­on. Um gute Er­geb­nis­se zu er­zie­len kann es er­for­der­lich sein, die bei­den Rei­ni­gungs­schrit­te mehr­fach nach­ein­an­der durch­zu­füh­ren. Zur bes­se­ren Kon­trol­le des Rei­ni­gungs­er­fol­ges ist es sinn­voll, die ge­rei­nig­te Probe mit eine Probe des un­be­han­del­ten Tin­ten­was­sers zu ver­glei­chen (Prin­zip der Blind­pro­be).
  • GHS 05 Bei Vor­schlag F1 geht es um die Aus­fäl­lung von Kup­fer­hy­droxid (GHS 07) aus einer ver­dünn­ten Kup­fer­sul­fat­lö­sung (GHS  07 | GHS 09) mit ver­dünn­ter Na­tron­lau­ge (GHS 05) als Mo­dell für die che­mi­sche Ab­was­ser­rei­ni­gung in Klär­an­la­gen:

Cu 2+ (aq)  +  2 OH - (aq) → Cu(OH) 2 (s)

  • GHS 07 Ent­hält die Kup­fer­sul­fat­lö­sung wie in Vor­schlag F2 zu­sätz­lich Zi­tro­nen­säu­re (GHS 05), so ge­lingt die Aus­fäl­lung nicht, da die Kup­fe­rio­nen dann kom­ple­xiert vor­lie­gen.
  • Da hier mit um­welt­schäd­li­chen Schwer­me­tall­sal­zen und Na­tron­lau­ge ge­ar­bei­tet wird, ist die Durch­füh­rung durch die Lehr­kraft be­son­ders auf­merk­sam zu be­ob­ach­ten (siehe Ge­fähr­dungs­be­ur­tei­lung). Im Zwei­fel soll­te der Ver­such durch die Lehr­kraft durch­ge­führt wer­den!
  • GHS 09 Bei Vor­schlag G geht es um die Ver­fah­rens­wei­se einer ty­pi­schen Klär­an­la­ge und um die mehr­stu­fi­ge Rei­ni­gung eines Mo­dell­ab­was­sers.

Be­zü­ge zum An­fangs­un­ter­richt Che­mie

Im An­fangs­un­ter­richt Che­mie spielt Tren­nung von Stoff­ge­mi­schen eine Rolle, vgl. Kom­pe­tenz­be­reich 3.​2.​1.​1 „Stof­fe und ihre Ei­gen­schaf­ten“

(4) ein Ex­pe­ri­ment zur Tren­nung eines Stoff­ge­mischs pla­nen und durch­füh­ren

 

 

Hin­wei­se: Her­un­ter­la­den [docx] [142 KB]

Hin­wei­se: Her­un­ter­la­den [pdf] [448 KB]

 

Wei­ter zu Lern­Job