Einführung in die Grüne Chemie - Von der Zuckerrübe bis zu abbaubaren Werkstoffen

Einführung in die Grüne Chemie

Gymnasium

Chemie

11. | 12. Klasse

2 - 10 Unterrichtsstunden

Beschreibung

Für die Umsetzung von Nachhaltigkeit in der Chemie gibt es verschiedene Ansätze. Einer davon ist die Grüne Chemie (engl. Green Chemistry). Grüne Chemie widmet sich der Erschließung umweltverträglicher, Abfall vermeidender, Material und Energie sparender und sicherer industrieller Prozesse und Produkte. Bisher existieren allerdings erst wenig konkrete Vorschläge zum Thema Grüne Chemie für den Chemieunterricht an Schulen. In dieser Einheit werden Arbeitsmaterialien und Experimente zur Grünen Chemie vorgestellt, die einen ersten Einblick in das Denken der Grünen Chemie geben können.
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Kompetenzen

Klassenstufe:11–12
Dauer:10 Unterrichtsstunden (5 Doppelstunden)
Kompetenzen:1. Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften von Stoffen beschreiben. 2. Experimentelles Erkunden Nachwachsender Rohstoffe. 3. Produktaussagen analysieren und auf Basis ihres chemischen Sachverhaltes diskutieren.
Thematische Bereiche:Organische Chemie, Nachhaltigkeit, Struktur-Eigenschaftsbeziehungen, Reaktionsmechanismen, funktionelle Gruppen und Stoffklassen, Katalysatoren, Makromoleküle
Medien:Texte, Experimente, Arbeitsblätter, Videos

Inhaltsangabe

Ab = Arbeitsblatt LEK = Lernerfolgskontrolle Sv = Schülerversuch

1./2. Stunde

Thema:Einführung in die Thematik Grüne Chemie
M 1 (Ab)UHU stic ReNature – Der erste Klebestiftbehälter, der nachwächst?
M 2 (Ab)Wie entstand die Idee von einer Grünen Chemie?
M 3 (Ab)Die 12 Prinzipien der Grünen Chemie

3./4. Stunde

Thema:Nachwachsende Rohstoffe
M 4 (Ab)Von der Zuckerrübe zum Joghurtbecher
M 5 (Ab)Was sind eigentlich nachwachsende Rohstoffe?

5./6. Stunde

Thema:Gewinnung von Milchsäure und deren Verwendung
M 6 (Ab)Milchsäure – Vorkommen und Verwendung
M 7 (Ab)Biotechnologische Gewinnung von Milchsäure – Bakterien bei der Arbeit
M 8 (Sv)Einfache Nachweise von Zuckern (Glukose und Laktose) und Milchsäure
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 1A: Fehling-Test: Nachweis von Trauben- und Milchzucker
Dauer:Vorbereitung: 10 min Durchführung: 10 min
Chemikalien:
  • Zuckerhaltige Lebensmittel
  • Fehling‘sche Lösungen I
  • Fehling‘sche Lösungen II
Geräte:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Reagenzgläser
  • Reagenzglasklammer/Muffen
  • Messzylinder
  • Pipetten
  • Gasbrenner
  • Streichhölzer/Gasanzünder
  • Reagenzglasständer
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 1B: Nachweis der Milchsäure mit Resorcin
Dauer:Vorbereitung: 10 min Durchführung: 10 min
Chemikalien:
  • Zuckerhaltige Lebensmittel
  • Eisen(III)-chlorid-Lösung
  • Resorcin
Geräte:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Reagenzgläser
  • Reagenzglasständer
  • Pipetten
  • Spatel
  • Reagenzglasklammer/Muffen
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 1C: Nachweis der Milchsäure mit Guajakol
Dauer:Vorbereitung: 10 min Durchführung: 10 min
Chemikalien:
  • Zuckerhaltige Lebensmittel
  • Natronlauge
  • Guajakol
  • Aqua dest.
  • Ethanol
  • konz. Schwefelsäure
Geräte:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Reagenzglas
  • Reagenzglasständer
  • Reagenzglasklammer/Muffen
  • Messzylinder
  • Spatel
  • Pipetten
  • Waage
  • Erlenmeyerkolben

7./8. Stunde

Thema:Bedeutung innovativer Technologien in der grünen Synthesechemie (Enzymatik)
M 9 (Sv)Enzymatische Synthese eines Frucht- und Emollientesters
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 2: Synthese eines Fruchtesters
Dauer:Vorbereitung: 20 min Durchführung: 30 min
Chemikalien:
  • Ethansäure
  • Lipase (Novozym 435)
  • 1-Octanol
Geräre:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Muffen/Klammern
  • Thermometer
  • Magnetrührer mit Heizplatte
  • Magnetrührkerne
  • Becherglas
  • Glasschale
  • Pipette
  • Stativ
  • Waage
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 3: Synthese eines Emollientesters
Dauer:Vorbereitung: 20 min Durchführung: 30 min
Chemikalien:
  • Myristylalkohol
  • Lipase (Novozym 435)
  • Tetradecansäure
Geräre:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Muffen/Klammern
  • Thermometer
  • Magnetrührer mit Heizplatte
  • Magnetrührkerne
  • Standzylinder
  • Glasschale
  • Waage
  • Stativ
  • digitales pH-Meter
M 10 (Ab)Ökobilanz und Lebenszyklusanalyse – wie bewertet man die Umweltverträglichkeit eines Produktes?
M 11 (Ab)Die industrielle (Grüne-Chemie-)Synthese eines Emollientesters und seine Ökobilanz

9./10. Stunde

Thema:Synthese und Verwendung von PLA
M 12a (Sv)Polymerisierung von Milchsäure zu PLA
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 4: Säurekatalytische Synthese von Polymilchsäure
Dauer:Vorbereitung: 5 min Durchführung: 15 min
Chemikalien:
  • Milchsäure
konz. Schwefelsäure
Geräre:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Reagenzgläser
  • Reagenzglastopfen
  • skalierte Pasteurpipetten 10 ml
  • Gasbrenner
  • Siedesteinchen
  • Reagenzglasklammer
  • Streichhölzer / Gasanzünder
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 5: Ringöffnungspolymerisation von Polymilchsäure
Dauer:Vorbereitung: 5 min Durchführung: 15 min
Chemikalien:
  • Lactid
  • Zinn(II)-chlorid
Geräre:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Reagenzgläser
  • Reagenzglastopfen
  • Streichhölzer / Gasanzünder
  • Gasbrenner
  • Siedesteinchen
  • Reagenzglasklammer
  • skalierte Pasteurpipetten 10 ml
M 12b (Sv)Grüne Synthesen von Polyestern mit Lipase und Mikrowelle
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 6: Polyester auf der Basis von Zitronensäure
Dauer:Vorbereitung: 5 min Durchführung: 10 min
Chemikalien:
  • Sorbit
  • Zitronensäure
Geräre:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Reagenzgläser
  • Waage
  • Reagenzglasklammer
  • Gasbrenner
  • Spatel
  • Reagenzglastopfen
  • Streichhölzer / Gasanzünder
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 7: Enzymatische Synthese eines Polyesters mittels Lipase
Dauer:Vorbereitung: 20 min Durchführung: 30 min
Chemikalien:
  • Adipinsäure
  • Lipase (Novozym 435)
  • Octandiol
Geräre:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Muffen/Klammern
  • Thermometer
  • Magnetrührer mit Heizplatte
  • Magnetrührkerne
  • Standzylinder
  • Glasschale
  • Waage
  • Stativ
  • digitales pH-Meter
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 8: Enzymatische Ringöffnungspolymerisation von Caprolacton mit Lipase
Dauer:Vorbereitung: 5 min Durchführung: 5 min
Chemikalien:
  • ɛ-Caprolacton
  • Lipase (Novozym 435)
Geräre:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Becherglas
  • Trockenschrank
  • Waage
  • Pipette
  • Spatel
Die GBUs finden Sie auf der CD 74.Sv 9: Synthese eines Polyesters in der Mikrowelle
Dauer:Vorbereitung: 15 min Durchführung: 10 min
Chemikalien:
  • Glycerin
  • Zitronensäure
Geräre:
  • Schutzbrille/Kittel/Handschuhe
  • Becherglas
  • Mikrowelle
  • Uhrglas
  • Waage
  • Zeitschaltuhr
  • Spatel
M 13(Tx)Danone-Verbrauchertäuschung
M 14a (Ab)Lebenszyklusanalysen von Kunststoffen im Vergleich
M 14b (Ab)Wie bewerte ich Nachhaltigkeit – Spinnennetzdiagramme
M 15 (LEK)Klausur zur Grünen Chemie

Minimalplan

Die Unterrichtsreihe ist modular aufgebaut, d. h. die einzelnen Doppelstunden können unabhängig voneinander oder kontinuierlich aufeinander folgend unterrichtet werden. Dabei muss die Doppelstunde 1 als Einführung in die Grüne Chemie notwendigerweise durchgeführt werden. Die folgenden Doppelstunden können dann wahlweise unterrichtet werden.

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