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Hin­wei­se

Die Fette wer­den im Bei­spiel­cur­ri­cu­lum vor den Koh­len­hy­dra­ten und Pro­te­inen un­ter­rich­tet. Dafür spricht eine evtl. bes­se­re An­knüp­fung an die Gleich­ge­wichts­leh­re, die oft an­hand der Es­ter­syn­the­se ein­ge­führt wird. Zwin­gend im Sinne einer Vor­aus­set­zung für die fol­gen­den The­men ist der Be­ginn mit dem Thema Fette al­ler­dings nicht.

Im Vor­feld der Un­ter­richts­ein­heit soll­te si­cher­ge­stellt sein, dass die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ihr Wis­sen zu den Al­ka­n­o­len, Al­kan­säu­ren und Es­tern inkl. der funk­tio­nel­len Grup­pen re­ak­ti­viert haben.

Die The­ma­tik „Fette“ kann mit Hilfe einer Lern­box zum größ­ten Teil von den Schü­le­rin­nen und Schü­lern ei­gen­ver­ant­wort­lich be­ar­bei­tet wer­den. Im Fol­gen­den wer­den Hin­wei­se zum Ein­satz der Lern­box und den darin ent­hal­te­nen Ver­su­chen be­schrie­ben. Die ein­zel­nen The­men­bo­xen kön­nen al­ler­dings auch ein­zeln, in kur­zen Selbst­lern­pha­sen bzw. Prak­ti­kum­s­ein­hei­ten ein­ge­setzt wer­den. Dazu kön­nen die je­wei­li­gen Sei­ten aus dem Ge­samt­do­ku­ment aus­ge­schnit­ten wer­den.

 

TB1: Auf­bau der Fett-Mo­le­kü­le

  • In der ers­ten Auf­ga­be wird die all­ge­mei­ne Struk­tur eines Fet­tes als Tri­a­cyl­gly­ce­rin bzw. Trigly­ce­rid in den Blick ge­nom­men. Dabei wer­den die sche­ma­ti­schen Dar­stel­lun­gen in eine Struk­tur­for­mel über­führt. Es wird dabei klar, dass Fette „Drei­fa­ches­ter“ sind. Die ge­naue Struk­tur der Fett­säu­ren wird hier noch außer Acht ge­las­sen, die Reste wer­den mit Halb­struk­tur­for­meln dar­ge­stellt.
  • In der zwei­ten Auf­ga­be rü­cken dann die Fett­säu­ren mit ihren spe­zi­fi­schen Struk­tur­merk­ma­len in Bezug auf die ge­sät­tig­ten bzw. un­ge­sät­tig­ten Fett­säu­ren in Blick. Dabei wer­den auch die wich­tigs­ten Fett­säu­ren an­hand ihrer Halb­struk­tur­for­meln un­ter­schie­den.

TB2: Die Ei­gen­schaf­ten von Fet­ten

Mit­hil­fe zwei­er recht ein­fa­cher Ver­su­che wer­den wich­ti­ge Ei­gen­schaf­ten der Fette un­ter­sucht. In Auf­ga­be 1 sol­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Vor­her­sa­gen zum Lös­lich­keits­ver­hal­ten von Fett in ver­schie­de­nen, ihnen be­kann­ten Lö­sungs­mit­teln tref­fen. Die Hy­po­the­sen sol­len dann ex­pe­ri­men­tell für Hep­tan, Was­ser und Etha­nol über­prüft wer­den.

Ma­te­ria­li­en: Hep­tan, Etha­nol, Was­ser, Fett

3 Re­agenz­glä­ser und Re­agenz­glas­ge­stell, Spa­tel, 3 Stop­fen

Hin­weis: Es ist dabei dar­auf zu ach­ten, dass wirk­lich nur mit sehr klei­nen Men­gen an Fett ge­ar­bei­tet wird, so dass tat­säch­lich auch ein merk­li­ches Lösen wahr­ge­nom­men wer­den kann. Be­gin­nend mit je­weils sehr klei­nen Fett-Por­tio­nen kann somit auch das Lös­lich­keits­ver­hal­ten ab­stu­fend be­ob­ach­tet wer­den.

Für die Fett­fleck­pro­be eig­net sich eine Aus­wahl an ver­schie­de­nen Le­bens­mit­teln: Käse, Wurst (Sa­la­mi), Ka­rot­te, Gurke, Ku­chen, Brot etc. Um die Pro­ben je­weils zu trock­nen, soll­te ein Fön be­reit­ge­legt wer­den.

Um den Ein­fluss der Dop­pel­bin­dung in den Fett­säu­re­res­ten auf den Schmelz­be­reich bes­ser ver­ste­hen zu kön­nen, kön­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler mit­hil­fe des Mo­le­kül­bau­kas­tens ent­spre­chen­de Mo­del­le bauen. Damit ist die er­schwer­te dich­te Pa­ckung der Fett-Mo­le­kü­le aus­ge­hend vom Knick in der C-Atom­ket­te auch hap­tisch er­fahr­bar. Ein Ver­gleich zu Mo­le­kü­len mit ge­sät­tig­ten Fett­säu­re­res­ten macht die schwä­che­ren Wech­sel­wir­kun­gen ver­ständ­lich.

TB3: Ge­sät­tig­te und un­ge­sät­tig­te Fett­säu­ren

Hier steht der Nach­weis der un­ge­sät­tig­ten Fett­säu­ren im Mit­tel­punkt. Die­ser er­folgt durch die Ent­fär­bung einer Iod-Stär­ke-Lö­sung auf­grund der Ad­di­ti­on von Iod an die Mehr­fach­bin­dung(en) der un­ge­sät­tig­ten Fett­säu­reb­au­stei­ne.

Die Ver­such­s­idee ent­stammt einer An­lei­tung des In­sti­tuts Dr. Flad.

Hin­wei­se zur Re­cher­che­auf­ga­be: In­for­ma­tio­nen zu Pal­min® und Ko­kos­fett.

In A1 sol­len sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ein ex­pe­ri­men­tel­les Vor­ge­hen über­le­gen, um die sau­ren Ei­gen­schaf­ten von ran­zi­gem Fett zu über­prü­fen. Es ist zu­nächst nicht daran ge­dacht, dies auch ex­pe­ri­men­tell durch­zu­füh­ren. Die QR-Codes am Rand füh­ren zu In­ter­net­sei­ten von Prof. Blume, wo ver­schie­de­ne Mög­lich­kei­ten be­schrie­ben sind. Für in­ter­es­sier­te Schü­le­rin­nen und Schü­ler kann evtl. ein ver­glei­chen­der Nach­weis von fri­schem und ran­zi­gem Fett (das sich oft auf­grund der ex­trem lan­gen La­ger­zeit im Kühl­schrank der Che­mie-Samm­lung ge­bil­det hat) er­fol­gen.

TB4: Wozu sind Fette gut?

Aus­ge­hend von der All­tags­vor­stel­lung, Fett sei ungut und eher zu mei­den, sol­len hier auch die Vor­tei­le des Spei­cher­stoffs Fett im Ver­gleich zu Koh­len­hy­dra­ten dar­ge­stellt wer­den. Wür­den die Men­schen den glei­chen En­er­gie­men­ge in Koh­len­hy­dra­ten im Ver­gleich zu Fet­ten spei­chern, so bräuch­ten wir dazu die ca. 2,3-fache Masse!

Er­gän­zend kann nach Fran­ke-Braun in einem Demo- oder auch Schü­ler­ver­such der En­er­gie­ge­halt von ver­schie­de­nen Brot­sor­ten er­mit­telt wer­den. Das dafür be­nö­tig­te Low-Cost Ka­lo­ri­me­ter fin­det sich in vie­len Che­mie-Samm­lun­gen. Der Ver­suchs­auf­bau ent­spricht zu gro­ßen Tei­len dem be­kann­ten Vor­ge­hen zur Be­stim­mung der Ver­bren­nungs­ent­hal­pie von Holz­koh­le.

Statt mit einer Sau­er­stoff­gas­fla­sche, kann auch mit Gas­beu­teln (In­fu­bags) aus der Me­di­zin­tech­nik ge­ar­bei­tet wer­den. Dabei wer­den statt der Gas­fla­sche meh­re­re Gas­bags zu Be­ginn des Ver­suchs mit­tels Hahn­bank oder Drei­we­ge­h­ahn an die Ap­pa­ra­tur ge­kop­pelt. Durch leich­ten Druck auf den Beu­tel kann der Sau­er­stoff­durch­fluss ge­re­gelt wer­den. Ist ein Beu­tel leer, wird an der Hahn­bank auf den nächs­ten noch vol­len Beu­tel um­ge­stellt. Leere Beu­tel kön­nen so auch wäh­rend des Ver­suchs durch die Lehr­kraft wie­der nach­ge­füllt wer­den.

In A1 und A2 geht es um den Ein­satz von Pflan­zen­ölen als Treib­stof­fe und deren Um­es­terung an kon­kre­ten Bei­spie­len. Hier­mit kann ein Bezug zur Bil­dung für nach­hal­ti­ge Ent­wick­lun­gen (BNE) her­ge­stellt wer­den.

TB5: Ver­tie­fung: Fett­här­tung

Die Fett­här­tung wird vom Bil­dungs­plan nicht ver­langt, stellt aber eine über­aus in­ter­es­san­te und gut an­zu­bin­den­de fach­li­che Er­wei­te­rung dar. In den vor­he­ri­gen The­men­bo­xen haben sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in­ten­siv mit den Aus­wir­kun­gen der Dop­pel­bin­dun­gen in den Fett­säu­re­res­ten be­schäf­tigt. Bei der Fett­här­tung, durch Hy­drie­rung der Dop­pel­bin­dun­gen, kommt es zu einer Er­hö­hung des Schmelz­be­reichs des Fet­tes bzw. Öls. Damit kön­nen aus Pflan­zen­ölen so­ge­nann­te Pflan­zen­cremes und auch Mar­ga­ri­ne her­ge­stellt wer­den.

Ver­such:

Ma­te­ria­li­en: Re­agenz­glas und Ge­stell, konz. Schwe­fel­säu­re, dest. Was­ser, Oli­ven­öl, Zink­pul­ver, Be­cher­glas mit kal­tem Was­ser, PE-Pi­pet­ten (1 ml und 3 ml)

In dem Ver­such kann das Här­ten eines Pflan­zen­öls durch Hy­drie­rung der Dop­pel­bin­dun­gen nach­voll­zo­gen wer­den. Als Pflan­zen­öl soll­te dabei ein Öl mit einer hohen An­zahl an un­ge­sät­tig­ten Fett­säu­re-Bau­stei­nen die­nen. Evtl. wur­den hier­zu in The­men­box 3 schon Un­ter­su­chun­gen an­ge­stellt und eine re­flek­tier­te Aus­wahl kann auf der Grund­la­ge die­ser Ver­such­s­er­geb­nis­se er­fol­gen.

Für den Ver­such müs­sen un­be­dingt die Schutz­maß­nah­men (Schutz­kit­tel, Schutz­bril­le und Abzug) be­ach­tet wer­den! Ein Be­cher­glas mit kal­tem Was­ser zum ab­schlie­ßen­den Küh­len soll­te be­reit­ge­stellt wer­den. Der Ver­such dau­ert ca. 30 min. bis die Re­ak­ti­on der Schwe­fel­säu­re mit dem Zink be­en­det ist und die Mi­schung ab­ge­kühlt ist. Daher ist ein Be­trach­ten der Ver­such­s­er­geb­nis­se erst in der dar­auf­fol­gen­den Stun­de sinn­voll. Wurde zu viel Zink­pul­ver zu­ge­ge­ben, so sam­meln sich die Reste in dem deut­lich vis­ko­ser vor­lie­gen­den li­po­phi­len An­teil als graue Klum­pen. Wird zu wenig Zink­pul­ver zu­ge­ge­ben (was bei Schü­le­rin­nen und Schü­lern eher nicht der Fall ist), ist die Här­tung kaum wahr­nehm­bar.

Ma­te­ria­li­en: Re­agenz­glas und Ge­stell, konz. Schwe­fel­säu­re, dest. Was­ser, Oli­ven­öl, Zink­pul­ver, Be­cher­glas mit kal­tem Was­ser

TB6: Es­ter­spal­tung und Ver­sei­fung

Hier geht es um die Her­stel­lung von Seife aus Fett, die in Lage ist, Fett von den Hän­den ab­zu­wa­schen. Der ein­füh­ren­de Text lie­fert die Grund­la­gen und un­ter­schei­det dabei die Na­tri­um- und Ka­li­um-Salze der Fett­säu­ren. Im Zen­trum der The­men­box steht aber die Her­stel­lung von Seife im Hand­ver­such:

Vor­be­rei­tend ma­chen sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Ge­dan­ken zum Vor­ge­hen, indem sie die Ver­suchs­schrit­te zu­nächst chro­no­lo­gisch ord­nen sol­len. Der Ver­such selbst ist re­la­tiv ein­fach. Es ist dar­auf zu ach­ten, dass das Schnapp­de­ckel­glas zu­sätz­lich in einen Zi­plock­beu­tel ein­ge­packt wird. Bei der Ver­sei­fungs­re­ak­ti­on kann es zu einem leich­ten Über­druck kom­men und das Gläs­chen ist dann nicht mehr ganz dicht. Die aus­lau­fen­de Flüs­sig­keit (haupt­säch­lich Na­tron­lau­ge) kann dann im Zi­plock­beu­tel auf­ge­fan­gen wer­den und es ent­steht kein di­rek­ter Haut­kon­takt. Schon nach kur­zer Schüt­tel­zeit setzt sich am obe­ren Rand des Gläs­chens ein Fest­stoff ab, den man in A2 mit ent­mi­ne­ra­li­sier­tem Was­ser ver­setzt. Durch Schüt­teln lässt sich ein Auf­schäu­men be­ob­ach­ten.

Er­gän­zend zu dem ein­fa­chen Hand­ver­such kann in einem dop­pel­stün­di­gen Prak­ti­kum Seife im Kalt­ver­fah­ren her­ge­stellt wer­den. Die dabei ent­ste­hen­den Sei­fen sind äu­ßerst de­ko­ra­tiv und auch tat­säch­lich zum Hän­de­wa­schen ge­eig­net. Die aus­ge­tüf­tel­te Ver­suchs­an­lei­tung wurde von Dr. Tanja Kolly (Kan­tonschu­le Baden) bei vie­len Leh­rer­fort­bil­dun­gen vor­ge­stellt und ist in der Un­ter­richts­si­tua­ti­on mehr­fach er­probt.

Als wei­te­re Ver­tie­fung der Ver­sei­fungs­re­ak­ti­on kann ab­schlie­ßend der Re­ak­ti­ons­me­cha­nis­mus be­trach­tet wer­den. Dabei kann ent­we­der die­ser zu­nächst re­cher­chiert oder als Input ge­ge­ben wer­den, bevor in einer An­wen­dungs­auf­ga­be die­ser kon­kret auf die Spal­tung des Es­sig­säu­reethy­lesters an­ge­wandt wird.

 

Hin­wei­se: Her­un­ter­la­den [docx][359 KB]

Hin­wei­se: Her­un­ter­la­den [pdf][137 KB]

 

Wei­ter zu Lern­box