Si­mu­la­ti­on

Bil­dungs­plan­be­zug

In­halts­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen

3.4.3 Säure-Base-Gleich­ge­wich­te

(15) eine Dünn­schicht­chro­ma­to­gra­fie zur Er­mitt­lung von Be­stand­tei­len des Uni­ver­sa­lin­di­ka­tors durch­füh­ren und er­klä­ren (R f -Wert, sta­tio­nä­re Phase, mo­bi­le Phase)

Pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen

2.1 Er­kennt­nis­ge­win­nung

(10) Mo­del­le und Si­mu­la­tio­nen nut­zen, um sich na­tur­wis­sen­schaft­li­che Sach­ver­hal­te zu er­schlie­ßen

2.2 Kom­mu­ni­ka­ti­on

(4) che­mi­sche Sach­ver­hal­te unter Ver­wen­dung der Fach­spra­che […] be­schrei­ben […] oder er­klä­ren

Ma­te­ri­al

• Le­go­stei­ne in zwei ver­schie­de­nen Far­ben (je 20, z.B. rot und blau)
• Far­bi­ge Blät­ter DIN A4 in zwei ver­schie­de­nen Far­ben (je 10, z.B. gelb und hell­blau)
• 4 längs an­ein­an­der ge­stell­te Ti­sche

Zeit­be­darf

etwa 15-20 Mi­nu­ten (wäh­rend die reale DC läuft?)

Si­mu­la­ti­on einer Dünn­schicht­chro­ma­to­gra­fie – Kurz­an­lei­tung

Grund­idee

Die Si­mu­la­ti­on soll die Tren­nung eines Stoff­ge­mischs bei einer Dünn­schicht­chro­ma­to­gra­fie in­fol­ge der ver­schie­de­nen Lage der Ver­tei­lungs­gleich­ge­wich­te der Kom­po­nen­ten zei­gen. Als „Stoff­ge­misch“ die­nen die Le­go­stei­ne in zwei ver­schie­de­nen Far­ben (je 20 – z.B. in rot und blau).

Als Mo­dell für die sta­tio­nä­re Phase die­nen 10 hin­ter­ein­an­der aus­ge­leg­te DIN A4-Blät­ter (z.B. in gelb). Als Mo­dell für die mo­bi­le Phase die­nen an­ders­far­bi­ge Blät­ter (z.B. hell­blau), die an der „sta­tio­nä­ren Phase“ ent­lang wan­dern.

Die Si­mu­la­ti­on eig­net sich so­wohl für die Mit­tel- als auch für die Kurs­stu­fe, da das Er­geb­nis je­weils für sich spricht und auch ohne ver­tief­te ver­ba­li­sier­te Deu­tung einen blei­ben­den Ein­druck hin­ter­lässt. An der Si­mu­la­ti­on kön­nen 10 bis 20 Schü­ler teil­neh­men

Ab­lauf

1. Die 10 gel­ben Blät­ter („sta­tio­nä­re Phase“) wer­den hin­ter­ein­an­der an eine lange Tisch­sei­te aus­ge­legt. Hin­ter jedes Blatt stellt sich ein Schü­ler.
2. Der Hau­fen aus 20 roten und 20 blau­en Le­go­stei­nen wird auf das erste Blatt ge­legt. In­for­ma­ti­on: „Der Fleck aus dem Farb­stoff­ge­misch wurde am Start­punkt auf die sta­tio­nä­re Phase auf­ge­bracht.“

3. Die Schü­ler er­hal­ten die In­for­ma­ti­on, dass die Mo­le­kü­le des Farb­stoffs A (rote Lego-Stei­ne) bes­ser an der Dünn­schicht der sta­tio­nä­ren Phase haf­tet und die Mo­le­kü­le des Farb­stoffs B (blaue Lego-Stei­ne) sich bes­ser im Lauf­mit­tel (mo­bi­le Phase) lösen und mit ihm nach oben wan­dern.

   Die Ver­tei­lung lau­tet immer: (evtl. an die Tafel schrei­ben)

   rote Stei­ne: sta­tio­när : mobil = 3:1

   blaue Stei­ne: sta­tio­när : mobil = 1:3

4. Jetzt wird vor das erste gelbe Blatt mit den Le­go­stei­nen ein hell­blau­es Blatt ge­legt. „Die DC-Plat­te steht im Gefäß, das Lauf­mit­tel (mo­bi­le Phase) hat den Start­punkt er­reicht.“ Jetzt muss ein Schü­ler die Le­go­stei­ne ent­spre­chend der Lage der Ver­tei­lungs­gleich-ge­wich­te wie folgt ver­tei­len:

   gel­bes Blatt: 15 rote/5 blaue Legos hell­blau­es Blatt: 5 rote/15 blaue Legos

5. Nun wan­dert das hell­blaue Blatt (und mit ihm die „ge­lös­ten Farb­stoff­teil­chen“) einen Schritt wei­ter, vor dem ers­ten gel­ben Blatt kommt ein neues (noch lee­res) blau­es Blatt zu lie­gen. „Die mo­bi­le Phase wan­dert nach oben.“

6. Die Ver­tei­lung be­ginnt von neuem und sieht jetzt so aus:

   

   Hin­wei­se:

   a) Geht das Ver­hält­nis ma­the­ma­tisch nicht ganz­zah­lig auf, muss ein­fach ein Le­go­stein mehr oder we­ni­ger be­wegt wer­den. Das wird zu­fäl­lig ent­schie­den (z.B. durch Münz­wurf).

   b) Häu­fig haben die Schü­ler hier das Pro­blem, das nur die Stei­ne auf der gel­ben „sta­tio­nä­ren Phase“ neu ver­teilt wer­den. Das ist falsch! Die Ver­tei­lung gilt für alle Stei­ne, die sich ge­ra­de an dem be­stimm­ten Platz der „DC-Plat­te“ be­fin­den, egal in wel­cher „Phase“.

   Haben die Schü­ler damit ein Ver­ständ­nis­pro­blem, kann man sich wie folgt hel­fen: Nach jedem Wei­ter­rü­cken der „mo­bi­len Phase“ um eine Stel­le wer­den alle Stei­ne, die sich auf den ge­gen­über­lie­gen­den gel­ben und hell­blau­en Blät­tern be­fin­den, auf einen Hau­fen in die Mitte zwi­schen beide Blät­ter ge­legt und dann neu ver­teilt

   c) Hat man mehr als 10 Schü­ler, kön­nen sich diese auf die Seite der mo­bi­len Phase stel­len und die Ver­tei­lungs­vor­gän­ge über­wa­chen bzw. hel­fen oder nach­prü­fen.

7. Ganz wich­tig: Erst wenn alle Ver­tei­lun­gen kon­trol­liert sind, darf die „mo­bi­le Phase“ über­all gleich­zei­tig auf Kom­man­do um eine Stel­le wei­ter wan­dern. Vor das erste gelbe Blatt wird je­weils ein neues lee­res blau­es Blatt ge­legt.

8. Auf diese Weise wan­dert das „Lauf­mit­tel“ bis zur Ober­kan­te der „DC-Plat­te“. Nun lie­gen 10 hell­ro­te den 10 blau­en Blät­tern ge­gen­über, und „wie von Zau­ber­hand“ haben sich die blau­en von den roten Legos kom­plett ge­trennt.

   Mo­dell­kri­tik: Na­tür­lich wird hier ver­nach­läs­sigt, dass sich die Ver­tei­lungs­gleich­ge­wich­te wegen des Wei­ter­wan­derns des Lauf­mit­tels nicht ein­stel­len, da sie stän­dig ge­stört wer­den.

   

   Abb. La­mi­nier­te Info-Karte zum Ver­tei­lungs­ver­hält­nis, auf A4 aus­dru­cken und wäh­rend der Si­mu­la­ti­on zei­gen