In der vorliegenden Arbeit soll die Chemie der Wachse, insbesondere deren bekanntester Vertreter in Form des Bienenwachses, näher beleuchtet werden. Während sich viele Veröffentlichungen und besonders Schulversuche mit Wachs in seiner besonderen Form als Kerze, also als brennbarem Wachskörper mit Docht, und der damit verbundenen Eigenschaften befassen, ist die Zahl der Abhandlungen und Experimente, bei denen das Brennmaterial selbst im Mittelpunkt steht, geringer. Aus diesem Grund wird der Fokus hier explizit und hauptsächlich auf das reine Wachs gerichtet.
Gerade in der Schule wird dieser von seinen Eigenschaften gleichsam ungewöhnliche wie auch interessante Stoff wenig bis gar nicht behandelt. So taucht er etwa im Lehrplan nur beispielhaft an einer Stelle im Zuge der Behandlung der Aggregatzustände in der Mittelstufe wortwörtlich auf. Dennoch lässt er sich nicht nur hier, sondern in nahezu allen Klassenstufen vielseitig im Chemieunterricht einsetzen und kann zur Erarbeitung der verschiedensten Lerninhalte dienen. Dies soll mit Hilfe der ausgearbeiteten Experimente in dieser Arbeit deutlich gemacht werden.
Trotz der chemischen Komplexität der Wachse und ihrer Zusammensetzung aus unzähligen Einzelkomponenten, durch welche der spezielle Wachscharakter erst zu Stande kommt, sollen die Versuche einer groben Strukturaufklärung, soweit diese im schulischen Rahmen möglich sind, exemplarisch anhand des Bienenwachses gemacht werden. Diese spezifischen Wachseigenschaften, die sich innerhalb der verschiedenen Wachssorten durchaus mehr als geringfügig unterscheiden können, bieten ein breites Spektrum an zum Großteil heute noch aktuellen Anwendungsmöglichkeiten, über die ein gewisser Überblick gegeben werden soll.
Einen besonderen Reiz hat hierbei der natürliche Charakter des Bienenwachses, da den meisten Schülern dieser Naturstoff aus ihrem Alltag bekannt sein wird. Sollte dies bei einigen nicht der Fall sein, so ist es von außerordentlichem Interesse, ihnen gerade dieses Wachs, das auch heute noch in einigen Anwendungsgebieten eine erhebliche Rolle spielt, näherzubringen und somit einen wichtigen Beitrag in der alltagsorientierten Schulchemie zu leisten.
Auch wenn Bienenwachs mittlerweile zwar in einigen Bereichen von anderen Wachsarten, darunter häufig Kunstwachse, verdrängt worden ist, so ist es allein rein zeitgeschichtlich betrachtet das interessanteste aller Wachse, da es einer der dem Menschen am längsten bekannten Rohstoffe ist...
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Ziele und Legitimierung der Arbeit
1.2 Aufbau der Arbeit
2. Theoretischer Teil
2.1 Was ist Wachs?
2.1.1 Entwicklung der Begriffsbedeutung und Definition
2.1.2 Charakterisierung und Klassifizierung
2.1.3 Verwendung und Funktionen
2.2 Das Bienenwachs
2.2.1 Gewinnung
2.2.2 Zusammensetzung und Strukturaufklärung
2.2.3 Physikalische / chemische / technische Eigenschaften
2.2.4 Verwendung früher und heute
3. Didaktischer Teil
3.1 Begründung der Behandlung des Themas „Wachs“ im Chemieunterricht
3.2 Curriculare Zugänge
3.2.1 Physikalische Eigenschaften
3.2.2 Chemische Eigenschaften
3.2.3 Verwendung im Alltag
3.2.4 Tabellarische Lehrplaneinordnung
4. Experimenteller Teil
4.1 Bestimmung der Dichte von Bienenwachs
4.2 Temperaturabhängigkeit der Dichte von Bienenwachs
4.3 Volumenänderung von Bienenwachs und Wasser
4.4 Brennbarkeit von Bienenwachs
4.5 Flammpunkt, Brennpunkt und Zündtemperatur von Bienenwachs
4.6 Bestimmung des Schmelzpunkts von Bienenwachs
4.7 Bestimmung des Erstarrungspunkts von Bienenwachs
4.8 Löslichkeit von Bienenwachs
4.9 Prüfungsmethoden von Bienenwachs
4.10 Verpuffung von Bienenwachs
4.11 Bestimmung der Säurezahl von Bienenwachs
4.12 Bestimmung der Verseifungszahl von Bienenwachs
4.13 Bestimmung der Iodzahl von Bienenwachs
4.14 Nachweise funktioneller Gruppen von Bienenwachs
4.15 Herstellung von Punischem Wachs
4.16 Herstellung von Wachsmalkreide
4.17 Herstellung von Lippenpflegestiften
4.18 Herstellung von Honigseife
4.19 Herstellung von Haarwachs
5. Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, die Chemie der Wachse unter besonderer Berücksichtigung des Bienenwachses zu charakterisieren. Hierzu werden sowohl theoretische Grundlagen vermittelt als auch umfangreiche schulexperimentelle Vorschläge ausgearbeitet, um dieses naturwissenschaftlich relevante Thema praxisnah in den Chemieunterricht der gymnasialen Sekundarstufen I und II zu integrieren.
- Chemische Zusammensetzung und Strukturaufklärung von Bienenwachs
- Physikalische und chemische Stoffeigenschaften im Vergleich zu anderen Wachsarten
- Didaktische Einordnung und Lehrplanrelevanz der Experimente
- Praxisorientierte Erarbeitung durch Schülerversuche (z.B. Dichtebestimmung, IR-Spektroskopie, Titration)
- Herstellung alltagsrelevanter Produkte wie Kosmetika und Wachsmalkreiden
Auszug aus dem Buch
2.1.3 Verwendung und Funktionen
Die für Wachse charakteristischen Eigenschaften in Bezug auf Verarbeitung, Verwendung und Wirkform verschaffen ihnen eine vielfältige Anwendbarkeit in den unterschiedlichsten Bereichen. Zu den wichtigsten Verarbeitungseigenschaften zählen Schmelzbarkeit, Mischbarkeit (beispielsweise mit anderen Wachsen), Pastenbilde-, Ölaufnahme- und Ölbindevermögen, Emulgierbarkeit, Verteilbarkeit, Haftfestigkeit, Dichtigkeit, Filmbildefähigkeit, Polierbarkeit und Umweltbeständigkeit, sowie in vielen weiteren Fällen Glanzvermögen, Transparenz, Farbbindevermögen, Gleitvermögen, Klebkraft, Formbildungsvermögen oder Dochtbrennbarkeit. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaften kommen den Wachsen im Wesentlichen fünf Funktionen zu, die sie bei technischer Anwendung inne haben können. Diese sind: Bindungsfunktion, Schutzfunktion, Glanzfunktion, Formfunktion und Leuchtfunktion. Bei der Bindungsfunktion eines Wachses wirkt dieses als Bindemittel, indem es sich mit anderen Stoffen homogen mischt, wie es beispielsweise bei Malwachs der Fall ist, oder diese heterogen als Folge seiner Klebfähigkeit miteinander kombiniert. Eine Schutzfunktion besitzt das Wachs, wenn es verschiedene Stoffe, häufig in Form einer Schicht, voneinander trennt. Hierzu zählen etwa elektrische Isolierungen oder Abdichtungen, bei denen Kontakt mit Sauerstoff vermieden werden soll, aber auch die Verwendung von Wachs als Schmiermittel. Besonders in der Putzmittelindustrie kommt die Glanzfunktion von Wachsen zur Geltung, die durch deren glatte Oberflächen verursacht wird, sobald diese auftreffendes Licht spiegeln. Während die Formfunktion für die Modellierung von Wachskörpern, die entweder als Abdrucke oder eigenständige Objekte dienen können, relevant ist, bezieht sich die Leuchtfunktion auf die Wachseigenschaft der Dochtbrennbarkeit, die besonders in der Kerzenform zu Tage tritt.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung begründet die Relevanz der Untersuchung von Wachsen im Chemieunterricht und definiert den Aufbau sowie die Zielsetzung der Arbeit.
2. Theoretischer Teil: Dieses Kapitel erläutert die chemischen und physikalischen Grundlagen, die Klassifizierung von Wachsen sowie die spezifische Struktur und Gewinnung von Bienenwachs.
3. Didaktischer Teil: Hier wird der Einsatz des Themas „Wachs“ im schulischen Kontext begründet und die Integration der Experimente in die unterschiedlichen Jahrgangsstufen des Lehrplans aufgezeigt.
4. Experimenteller Teil: Dieser zentrale Teil umfasst detaillierte Versuchsbeschreibungen zu physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie Anleitungen zur praktischen Herstellung von Wachsprodukten.
5. Fazit und Ausblick: Das Fazit bewertet die Eignung der entwickelten Versuche für den gymnasialen Unterricht und reflektiert die Stärken und Herausforderungen dieser Thematik.
Schlüsselwörter
Bienenwachs, Wachschemie, Fachdidaktik, Chemieunterricht, Naturstoffe, Experimentelle Chemie, Schülerexperimente, Ester, Fettsäuren, Verseifung, Physikalische Eigenschaften, Konsistenzgeber, Polymerisation, Lehrplanintegration, Analytik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der chemischen Charakterisierung von Wachsen, insbesondere Bienenwachs, und der Entwicklung von darauf aufbauenden Unterrichtskonzepten für Gymnasien.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themenfelder sind die physikalisch-chemischen Eigenschaften, die industrielle Verwendung sowie die didaktische Aufarbeitung von Bienenwachs für den schulischen Chemieunterricht.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, Bienenwachs als lebensweltbezogenen Naturstoff in den gymnasialen Lehrplan zu integrieren und durch eine Reihe von Experimenten ein tieferes Verständnis für chemische Prozesse zu fördern.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt experimentelle Methoden aus der physikalischen Chemie und Analytik, wie Dichtebestimmung, IR-Spektroskopie, Kennzahlbestimmungen (Säure-, Verseifungs-, Iodzahl) sowie Syntheseversuche.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden der theoretische Hintergrund zu Wachsen, die didaktische Begründung und eine umfassende Sammlung von Versuchen zur Erforschung der Eigenschaften und Herstellung von Wachsprodukten präsentiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Bienenwachs, Chemieunterricht, Fachdidaktik, Naturstoffe, experimentelle Analyse und die praktische Anwendung in Kosmetik und Technik.
Warum wird Bienenwachs als "Urwachs" bezeichnet?
Es gilt historisch als das dem Menschen am längsten bekannte Wachs und diente über Jahrhunderte als Referenzsubstanz für die Definition und das Verständnis des Wachszustands.
Welche Rolle spielt die Dichte bei der Untersuchung?
Die Dichte dient als physikalische Kennzahl, die durch einfache Experimente im Schülerversuch bestimmt werden kann und die temperaturabhängige Änderung des Stoffzustandes verdeutlicht.
Wie sicher sind die vorgeschlagenen Experimente für den Unterricht?
Aufgrund der hohen Reaktionsträgheit von Bienenwachs sind die meisten Versuche ungefährlich, wobei spezifische Sicherheitsvorgaben, etwa beim Erhitzen oder beim Umgang mit Lösemitteln, strikt beachtet werden müssen.
Was zeichnet die "Punische Wachs"-Herstellung aus?
Es handelt sich um eine historisch bedeutende Methode der Wachsmodifizierung durch Verseifung, die sich auch heute noch gut eignet, um Schülern chemische Prozesse wie die Esterhydrolyse praxisnah zu vermitteln.
- Arbeit zitieren
- Patrick Hauert (Autor:in), 2009, Die Chemie der Wachse. Ein Unterrichtsthema mit schulexperimentellen Vorschlägen am Beispiel Bienenwachs, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/280107
