Dem Thema Farbe kann eine hohe gesellschaftliche Relevanz zugeschrieben werden, da wir tagtäglich mit dem Phänomen der Farbigkeit konfrontiert werden. Bei der Betrachtung von Farbe verbinden die Menschen bestimmte Empfindungen und Eigenschaften, dessen Zuordnung nach einem kollektiven Muster erfolgt, wie zum Beispiel mit der Farbe Rot: Zum Einen werden mit dieser Farbe positive Eigenschaften wie Kraft, Mut und Liebe verbunden. Zum Anderen aber auch negative Eigenschaften wie Krieg, Gefahr und Sünde. Ferner werden Farben in der Tier- und Pflanzenwelt als Warn- oder Locksignal genutzt.
Für einen alltagsbezogenen Chemieunterricht bietet das Thema Farbstoffe folglich ein hohes Motivationspotenzial, da die Schülerinnen und Schüler (SuS) ihre Alltagserfahrungen in den Unterricht mit einbringen können. Dabei können sowohl bei Lebensmittelfarbstoffen, Textilfarbstoffen oder funktionellen Farbstoffen Bezüge zum Alltag der SuS hergestellt werden. Ferner liefert die Thematik Farbstoffe auf Grund der visuell anschaulichen Versuchsergebnisse einen wertvollen Beitrag zur Darstellungen chemischer Sachverhalte im Sinne der Primärerfahrung.
Folglich bietet das Thema Farbstoffe auch auf Grund der großen Interesse von Schülerinnen an der Thematik einen wertvollen Beitrag zu einem alltagsorientierten und motivierenden Chemieunterricht für Mädchen und Jungen. Neben der phänomenologischen Ebene können fachlich relevante Inhalte und Kompetenzen des Chemieunterrichts thematisiert werden, wie das Chemische Gleichgewicht, oder der Einfluss von unterschiedlichen Molekülstrukturen, oder des PH-Wertes auf die Farbigkeit von Stoffen.
Inhaltsverzeichnis
1. Relevanz der Thematik
2. Fachliche Betrachtung
2.1 Farbe und Farbigkeit
2.2 Farbstoffe
3. Fachübergreifende Betrachtung
4. Fachliche Aspekte und didaktische Begründung der Experimentauswahl
4.1 Indikatoreigenschaften von Anthocyanen
4.2 Thermochromer Effekt mit Bullrichsalz
4.3 Bromierung von Lycopen
4.4 Blue-Bottle Experiment
4.5 Küpenfärbung mit Indigo
5. Einordnung in eine Unterrichtssequenz
Zielsetzung und Themenbereiche
Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, das Thema Farbstoffe im Chemieunterricht didaktisch aufzuarbeiten und durch ausgewählte Versuchsreihen für verschiedene Jahrgangsstufen zugänglich zu machen, um wissenschaftliche Kompetenzen zu fördern.
- Phänomenologische Betrachtung von Farbigkeit
- Verknüpfung von organischer Chemie und Alltagserfahrungen
- Förderung der Kompetenzbereiche Erkenntnisgewinnung und Bewertung
- Didaktische Reduktion komplexer chemischer Sachverhalte
- Anbindung an das Spiralcurriculum der Sekundarstufen I und II
Auszug aus dem Buch
2.2 Farbstoffe
Im allgemeinen Sprachgebrauch wird selten zwischen Farbe, Farbmitteln, Farbstoffen oder Pigmenten unterschieden. Im Gegensatz zur Farbe, die wie zuvor besprochen über den Sinneseindruck auf Grund von Absorption von Licht im sichtbaren Bereich definiert wird, bezeichnet der Begriff Farbstoff ein „im Anwendungsmedium lösliches Farbmittel“ (Struckmeier, Pietzner, Sieve 2014, S. 2) und Pigmente werden als Farbmittel bezeichnet, die im Anwendungsmedium praktisch unlöslich sind. Dabei werden Farbmittel in der Industrie als allgemein farbgebende Substanzen bezeichnet (vgl. ebd.). Abbildung 1 verdeutlicht die Unterscheidungen zwischen den Begriffen, wobei die Farbmittel noch einmal in organische und anorganische Farbmittel unterteilt werden.
Organische Farbstoffe können auf Grund von konjugierten Doppelbindungen farbig erscheinen. Die Bereiche eines organischen Moleküls, die für die Farbigkeit verantwortlich sind, werden als Chromophore bezeichnet. Chromophore zeichnen sich dadurch aus, dass ihre delokalisierten Elektronen leicht in höhere Energieniveaus angeregt werden können (vgl. Latscha 2016, S. 540). Die Wellenlänge des Lichtes entspricht dann der Energie, die benötigt wird um ein delokalisiertes π-Elektron vom HOMO ins LUMO des Chromophors anzuregen (vgl. Mortimer 2010, S. 616). Je nach Art des Chromophors wird auf Grund des jeweiligen Absorptionsmaximums der Farbton bestimmt (vgl. Latscha 2016, S. 540).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Relevanz der Thematik: Dieses Kapitel erläutert die hohe gesellschaftliche und unterrichtliche Relevanz des Themas Farbstoffe als Motivationsquelle für Schülerinnen und Schüler.
2. Fachliche Betrachtung: Hier werden die physikalischen Grundlagen der Farbigkeit sowie die chemische Klassifizierung von Farbstoffen und Pigmenten dargelegt.
3. Fachübergreifende Betrachtung: Es wird aufgezeigt, wie das Thema Farbe interdisziplinäre Bezüge zu Fächern wie Physik, Geschichte, Kunst und Ernährungslehre herstellt.
4. Fachliche Aspekte und didaktische Begründung der Experimentauswahl: Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte fachliche und didaktische Analyse der ausgewählten Experimente zur Farbigkeit.
5. Einordnung in eine Unterrichtssequenz: Hier erfolgt eine curriculare Einbettung der Versuche in den Chemieunterricht der Sekundarstufen I und II zur Vernetzung von Vorwissen.
Schlüsselwörter
Farbstoffe, Farbmittel, Pigmente, Chemieunterricht, Didaktik, Chromophore, Absorption, Elektronenanregung, Sekundarstufe, Experiment, Fachübergreifend, Molekülstruktur, Indikatoren, Thermochromie, Redoxreaktionen.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der didaktischen Aufarbeitung des Themas Farbstoffe für den Chemieunterricht, um Schülern komplexe molekulare Zusammenhänge durch Alltagsbezüge verständlich zu machen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die physikalische Farblehre, die organische Chemie der Farbstoffe sowie deren Anwendung in verschiedenen didaktischen Versuchsreihen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, den Schülern durch fachlich fundierte, aber didaktisch reduzierte Versuche ein besseres Verständnis für Stoffeigenschaften und chemische Strukturen zu vermitteln.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es werden klassische experimentelle Methoden aus der organischen und analytischen Chemie genutzt, darunter Indikatorversuche, Redoxreaktionen und thermodynamische Untersuchungen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil widmet sich der fachlichen Einordnung der Farbigkeit, der fachübergreifenden Bedeutung sowie der detaillierten Beschreibung und Begründung von fünf spezifischen Experimenten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den Kernbegriffen zählen Farbstoffe, Chemieunterricht, Didaktik, Chromophore, Absorption und die verschiedenen Versuchsarten wie Thermochromie oder das Blue-Bottle-Experiment.
Warum ist das Thema Farbstoffe besonders für den Unterricht geeignet?
Es bietet ein hohes Motivationspotenzial, da Schüler einen direkten Bezug zu ihrem Alltag haben und die Phänomene visuell unmittelbar erfahrbar sind.
Welche Rolle spielen Chromophore in der organischen Chemie?
Chromophore sind die für die Farbe verantwortlichen Bereiche in organischen Molekülen, die durch delokalisierte Elektronen Licht im sichtbaren Bereich absorbieren können.
Wie werden die Experimente im Anhang sicherheitstechnisch bewertet?
Der Anhang führt detaillierte Sicherheitsblätter für jedes Experiment auf, inklusive Gefahrenpiktogrammen, Signalwörtern und Hinweisen zur Entsorgung sowie Altersbeschränkungen für Schüler.
Wie lässt sich der "Thermochrome Effekt" im Unterricht einsetzen?
Er dient zur Veranschaulichung der reversiblen Farbänderung bei Temperaturänderung und verknüpft dies mit dem Chemischen Gleichgewicht, was für Schüler visuell sehr anschaulich ist.
- Arbeit zitieren
- Monique Lohmann (Autor:in), 2018, Farbstoffe in der Chemiedidaktik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/509798
