Lichtmessung mittels DIY-Fotometrie - Können Farbstoffe gemessen werden?

Lichtmessung mittels DIY-Fotometrie

Gymnasium

Chemie

10. bis 13. Klasse

8 - 11 Unterrichtsstunden

16.08.2022

digitaler Beitrag

Beschreibung

In dieser Unterrichtseinheit werden die Grundlagen der Fotometrie gelegt und mithilfe von im schuleigenen Maker Space produzierten DIY-Fotometern eine Konzentrationsmessung des Farbstoffs Orange II durchgeführt und die Konzentration von Koffein in Energy Drinks fotometrisch ermittelt. Anhand der iodometrischen Titration als Vergleichsverfahren werden Inhalte zurückliegender Unterrichtseinheiten wiederholt. In dieser Unterrichtseinheit werden die Grundlagen der Fotometrie gelegt und mithilfe von im schuleigenen Maker Space produzierten DIY-Fotometern eine Konzentrationsmessung des Farbstoffs Orange II durchgeführt und die Konzentration von Koffein in Energy Drinks fotometrisch ermittelt. Anhand der iodometrischen Titration als Vergleichsverfahren werden Inhalte zurückliegender Unterrichtseinheiten wiederholt.
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Kompetenzen

Klassenstufe:LK/GK Q2 (13)
Dauer:8–11 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 7)
Kompetenzen:Die Lernenden … 1. erklären die Farbigkeit von Stoffen durch Lichtabsorption; 2. erläutern den Zusammenhang von Farbigkeit und Molekülstruktur (UF1, E6); 3. werten Absorptionsspektren fotometrischer Messungen aus (E5); 4. berechnen die Farbstoffkonzentration in Lösungen (E5); 5. beschreiben und diskutieren aktuelle Entwicklungen im Bereich organischer Werkstoffe und Farbstoffe (K4).
Thematische Bereiche:Fotometrie, Absorptionsspektren, Konzentrationsbestimmung, Lambert-Beer’sches Gesetz, Iodometrie, Lichtabsorption, Farbstoffe

Inhaltsangabe

1. Stunde

Thema:Einführung in die Fotometrie als spektroskopische Methode: Aufbau und Bauteile eines Fotometers
M 1 (Sb)Einstieg: Kann man Farben messen? Ishihara-Farbtafel
M 2a (Ab)Aufbau eines Fotometers und Funktion seiner Bauteile
M 2b (In)Bauteile eines UV/Vis-Fotometers
Benötigt:
  • OH-Projektor bzw. Beamer/Whiteboard
  • Bei digitaler Bearbeitung von M 2: 1 Laptop/PC/Tablet pro Lernenden
  • Fotometer
  • Küvetten
  • Pipetten
  • farbige Lösungen
  • destilliertes Wasser

2./3. Stunde

Thema:Vom Absorptionsmaximum zur Konzentration: Einführung des Lambert-Beer’schen-Gesetzes zur fotometrischen Bestimmung der Konzentration von Orange-II-Lösungen und der Auswertung in Excel
M 3 (In)Theoretische Grundlagen: Lambert-Beer’sches-Gesetz
M 4a (In)Fotometrische Konzentrationsbestimmung einer unbekannten Probelösung
M 4b (Sv)Fotometrische Konzentrationsbestimmung von Orange II
Fotometrische Konzentrationsbestimmung einer Orange-II-Lösung
Dauer:Vorbereitung: 10 min, Durchführung: 15 min
Chemikalien:
  • Orange-II-Lösungen
  • destilliertes Wasser
Geräte:
  • 1 Schutzbrille pro Lernenden
  • Fotometer
  • 5 Küvetten
  • evtl. Küvettenhalter
  • Pipetten
  • 5 x 50-ml-Messkolben
  • 1 x 250-ml-Messkolben
M 5 (Ab)Fotometrische Quantifizierung von Paracetamol
Benötigt:
  • OH-Projektor bzw. Beamer/Whiteboard
  • 1 Laptop/PC/Tablet pro Lernenden

4./5. Stunde

Thema:Bauteile eines DIY-Fotometers und eines konventionellen Fotometers, Messung von Lösungen eines selbst hergestellten Farbstoffes
M 6 (Ab)Vergleich der Bauteile: DIY-Fotometer – konventionelles Fotometer
M 7 (Sv)Konzentrationsbestimmung mit dem DIY-Fotometer
Fotometrische Bestimmung der Konzentration einer Orange-II-Lösung mit dem DIY-Fotometer
Dauer:Vorbereitung: 10 min, Durchführung: 15 min
Chemikalien:
  • Orange II
  • destilliertes Wasser
Geräte:
  • 1 Schutzbrille pro Lernenden
  • DIY-Fotometer mit Netzteil
  • Küvetten
  • evtl. Küvettenhalter
  • Pipetten
  • 5 x 50-ml-Messkolben
  • 1 x 250-ml-Messkolben
Benötigt:
  • OH-Projektor bzw. Beamer/Whiteboard
  • 1 Laptop/PC/Tablet pro Lernenden

6./7. Stunde

Thema:Wie viel Koffein ist im Energydrink enthalten? Experimentelle fotometrische Bestimmung des Koffeingehalts mit dem DIY-Fotometer
M 8 (Pf)Der Chemielaborant Jonathan – Wie viel Koffein ist in einem Energydrink?
M 9 (Pf)Koffein mit dem Fotometer messen
M 10 (Sv)Fotometrische Konzentrationsbestimmung von Koffein mit dem DIY-Fotometer
Fotometrische Konzentrationsbestimmung von Koffein mit dem DIY-Fotometer
Dauer:Vorbereitung: 30 min, Durchführung: 15 min
Chemikalien:
  • Energydrink (z. B. Monster)
  • Iod-Kaliumiodid-Lösung (c(Iod) = 0,05 mol/l)
  • Propan-2-ol
  • Schwefelsäure (ω = 25 %)
  • Koffeinlösungen (100 mg/l, 200 mg/l, 300 mg/l, 400 mg/l, 500 mg/l)
Geräte:
  • 1 Schutzbrille pro Schüler
  • Schutzhandschuhe
  • 10-ml-Vollpipette
  • 5-ml-Vollpipette
  • 1-ml-Vollpipette
  • Kunststoffpipette
  • Zentrifuge mit Zentrifugengläsern
  • DIY-Fotometer mit Netzteil
  • 7 Küvetten
  • Küvettenhalter
  • Reagenzglasständer
M 11 (Ab)Auswirkungen von Koffein auf den menschlichen Körper
Benötigt:
  • OH-Projektor bzw. Beamer/Whiteboard
  • eventuell 1 Laptop/PC/Tablet pro Lernenden

8./9. Stunde

Thema:Schülerexperimentelle iodometrische Bestimmung des Koffeingehalts zur Wiederholung abiturrelevanter Inhalte
M 12 (Sv)Iodometrie als Methode zur Konzentrationsbestimmung von Koffein in Energydrinks
Iodometrie als Methode zur Konzentrationsbestimmung von Koffein in Energydrinks
Dauer:Vorbereitung: 60 min, Durchführung: 30 min
Chemikalien:
  • Energydrink (z. B. Monster)
  • Kaliumiodid-Iod-Lösung(c(Iod) = 0,05 mol/l)
  • Schwefelsäure (ω = 25 %)
  • destilliertes Wasser
  • Zinkiodid-Stärke-Lösung
  • Natriumchlorid
  • Kieselgur
  • Natriumthiosulfat-Lösung (c = 0,01 mol/l)
Geräte:
  • 1 Schutzbrille pro Lernenden
  • Schutzhandschuhe
  • 50-ml-Vollpipette
  • 2 x 5-ml-Vollpipette
  • Kunststoffpipette
  • Erlenmeyerkolben mit Schliff und Stopfen
  • Weithals-Erlenmeyerkolben
Benötigt:
  • eventuell 1 Laptop/PC/Tablet pro Lernenden

10. Stunde

Thema:Auswertung und Vergleich der fotometrischen und iodometrischen Bestimmung zur Beurteilung analytischer Methoden
M 13 (Ab)Vergleich von Analysemethoden: Fotometrie und Iodometrie zur Bestimmung des Koffeingehalts in Energydrinks
Benötigt:
  • eventuell 1 Laptop/PC/Tablet pro Lernenden

11. Stunde

Thema:Transfer der Untersuchungsmöglichkeiten von Farbstoffen auf Lebensmittelfarbstoffe zur Vertiefung der Kompetenzen
M 14 (Ab)Untersuchung von Lebensmittelfarbstoffen
Benötigt:
  • 1 Laptop/PC/Tablet pro Lernenden

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