Strukturen nach Maß

Strukturen nach Maß

Unterricht Chemie | Ausgabe Nr. 164/2018

Strukturen nach Maß

Mit einer gewissen Selbstverständlichkeit nutzen nicht nur Schülerinnen und Schüler Hightechprodukte des täglichen Bedarfs, wie Kunststoffe, Smartphones oder antibakterielle Sportbekleidung. Die ganz speziellen Einsatzgebiete dieser Alltagsprodukte erfordern maßgeschneiderte Eigenschaften, z. B. eine besonders hohe Kratzfestigkeit der Kunststoffe, reflexionsarme Displays bei Smartphones bis hin zu geruchshemmender Sportbekleidung, die diese Eigenschaft nach einem Waschvorgang nicht einbüßt. 

Inhaltsverzeichnis
© Foto: Wacker Chemie AG
Werkstoffe, Struktur und Eigenschaften, Produktforschung, künstliche Blutgefäße
Von der chemischen Forschungsidee zu Erkenntnissen und Produkten Strukturen nach Maß
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Methode & Didaktik Schuljahr 5-13

Wie werden Produkte nach Maß entwickelt und hergestellt? Zu verstehen, wie die Umsetzung der an Werkstoffe gestellten Anforderungen verläuft oder was es bedeutet, fundamental Neues zu finden, also einer echten Grundlagenforschung nachzugehen, darum geht es in diesem Basisartikel. Außerdem geben die Forschungsabteilungen der DELO Industrie Klebstoffe GmbH und der Wacker Chemie AG aktuelle Einblicke in ihre Labore. 

© Foto: TU München (rechts)
Biopolymere, Polykondensation, Proteine, Struktur und Eigenschaften, Polyester, Spinnseide
Künstliche Spinnenseide als Werkstoff für nachhaltige Produkte Vom Spinnennetz zum modernen Laufschuh
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Unterricht (> 90 Min) Schuljahr 11-13

Sportschuhe bestehen meist aus Nylon oder Polyester. Der vorgestellte neue Laufschuh besteht aus BioSteel®, einer künstlichen Faser aus nachwachsenden Rohstoffen. Diese Faser ist leicht, weich, glatt und extrem elastisch, dabei gleichzeitig reißfest und zu 100 % bioabbaubar. In der Unterrichtseinheit wird zum einen ein Polyester durch Polykondensation hergestellt. Zum anderen werden herkömmliche synthetische Fsern, Naturfasern und künstlich hergestellte Naturfasern miteinander verglichen.

© Timm Wilke
Kunststoffkomposite, Nanoadditive, Struktur und Eigenschaften
Maßgeschneiderte Synthese von Kunststoffkompositen durch Nanotechnologie Kleine Additive mit großer Wirkung
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Experimente Schuljahr 11-13

Transparent oder trüb, biegsam oder starr, biologisch abbaubar oder stabil – für nahezu jede gewünschte Anwendung können maßgeschneiderte Duro- oder Thermoplaste, Elastomere oder auch Mischformen hergestellt werden. Die vorgestellten Versuche bieten eine Grundlage, die Herstellung und Verwendung von Polymeren mit nanoskaligen Additiven ausführlicher im Unterricht zu thematisieren. 

© Foto: LMU München
3D-Druck, Atommodell, Kunststoffe
Vom submikroskopischen Molekül zur makroskopischen Funktion am Beispiel der Erstellung eines Molekülbaukastens Kunststoffe und 3D-Druck
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Experimente Schuljahr 11-13

In diesem Beitrag wird eine Anwendung des mittlerweile günstigen und vielfach verfügbaren 3D-Druckverfahrens für den Chemieunterricht vorgestellt. Die Schülerinnen und Schüler entwickeln, beispielsweise im Projektunterricht, Atommodelle für einen Molekülbaukasten. Dieser wird direkt in der Schule oder an vielerorts nutzbaren FabLabs ausgedruckt.

© Foto: IPN Kiel
Silber-Nanopartikel, Leidenfrost-Synthese, Experiment, Modell
Leidenfrost-Synthese und Risikobewertung von Silber-Nanopartikeln Silber einmal anders
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Experimente Schuljahr 10-13

Die desinfizierende Wirkung von Silber ist seit der Antike bekannt. Im Mittelpunkt des Artikels steht die Herstellung von Silber-Nanopartikeln aus Natriumcitrat-Dihydrat-Lösung und Silbernitrat-Lösung im Leidenfrost-Reaktor. Die Vorgehensweise wird genau beschrieben. Im Unterricht können die Chancen und Risiken von Nanosilber weiter untersucht werden, indem die antibakterielle Wirkung von Nanosilber auf Hefebakterien überprüft wird.

© Foto: contrastwerkstatt/stock.adobe.com
Berufsorientierung, Metalle, Stoffeigenschaften
Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erarbeiten - Berufsorientierung im Fachunterricht ermöglichen Metalle: Vielfältige Einsatzgebiete dank vielfältiger Berufe
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Praxis Schuljahr 11-13

Welche Eigenschaften machen Metalle als Werkstoffe interessant? Mit dem vorgestellten Unterrichtsmaterial lernen Schülerinnen und Schüler die Eigenschaften verschiedener Metalle anhand von beruflichen Anforderungen und Tätigkeitsbeschreibungen Auszubildender verschiedener MINT-Berufe kennen. Berufs-orientierung und die Vermittlung von naturwissenschaftlichem Fachwissen sollen so miteinander verzahnt werden.

© Mike Dotta/Shutterstock.com
Müllverwertung, Re-Funktionalisierung, Recycling
Re-Funktionalisierung von erwünschten Eigenschaften Wertstoffe aus Müll
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Praxis Schuljahr 9-9

Kann man aus Müll wieder wertvolle Werkstoffe („Wertstoffe“) gewinnen? Dieser spannenden Frage widmete sich ein Wahlpflichtkurs der 9. Klasse einer Gemeinschaftsschule. Im Rahmen des Themas Energie besichtigte der Kurs eine Müllverbrennungsanlage und beschäftigte sich mit dem Recycling von Metallen und Kunststoffen. Ein weiterer Aspekt, der im Unterricht aufgegriffen wird, ist die Nutzbarmachung von Abgasen am Beispiel der Herstellung von Gips aus gasförmigem Schwefeldioxid.

© Lorenz Kampschulte
Medizinische Sensoren
Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen Medizinische Sensoren entwickeln
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Fachwissen Schuljahr 11-13

Bei der Entwicklung neuer hochempfindlicher Magnetsensoren arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Medizin, der Materialwissenschaft, der Elektrotechnik und Elektronik, sowie der Chemie und Physik eng zusammen. Zur Funktionalisierung von Sensormaterialien werden sowohl geeignete Materialien und Messprinzipien als auch Trägersysteme, Signalverarbeitungsprozesse u. a. m. benötigt.

© Bernhard Sieve
Säuren, Wirkung von Schwefelsäure, Aufgabe
Säuren - Funktion und Konzentration
Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Abitur & Prüfung Schuljahr 9-12

Im Beitrag werden materialgebundene Aufgaben vorgestellt, in denen der unterschiedliche Einfluss verschiedener Säuren in Abhängigkeit von der Säurestärke sowie der Konzentration der sauren Lösung bei technischen Prozessen deutlich wird. Die Aufgaben dienen der Differenzierung und Festigung des Säure-Base-Konzepts nach Brönsted sowie von Gleichgewichtsbetrachtungen unter gleichzeitiger Anbindung an industrielle und alltagsweltliche Zugänge.