Aufbau und Wirkung von Tensiden – Seifen und Reinigungsmittel auf dem Prüfstand

Die Unterrichtseinheit für das Fach Chemie der Klassen 12-13 vermittelt vertiefendes Wissen zur Stoffklasse der Tenside. Die Lernenden befassen sich mit dem chemischen Aufbau und der Wirkung von Tensiden anhand des Struktur-Eigenschafts-Konzepts. Experimente zur Oberflächenspannung und Mizellenbildung vertiefen das Verständnis der Abläufe auf molekularer Ebene. Auch gesundheitliche und ökologische Aspekte sowie die Osmose-Reinigung als nachhaltige Alternative zum Tensideinsatz werden thematisiert.

Unterrichtseinheit

Chemie
Sekundarstufe II
5-6 Unterrichtsstunden
Arbeitsblatt
3 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Tenside sind in modernen Reinigungsmitteln kaum noch wegzudenken. Nicht nur die Profis aus dem Gebäudereiniger-Handwerk sind auf sie angewiesen. Auch im Alltag haben Tenside viele Einsatzbereiche – und das nicht nur beim Waschen und Putzen. Die praktischen Helfer bringen aber auch Herausforderungen mit sich: Sie können Umwelt und Gesundheit belasten, insbesondere, wenn sie nicht fachgerecht eingesetzt werden. Umso wichtiger ist ein fachgerechter sowie bewusster Umgang mit diesen Stoffen.

Die Lernenden erhalten ein weitreichendes Wissen rund um die Stoffklasse der Tenside. In diesem Zusammenhang werden zunächst grundlegende Kenntnisse über den chemischen Aufbau von Tensiden sowie ihre Eigenschaften besprochen. Dadurch lernen die Schülerinnen und Schüler die Anwendung des Struktur-Eigenschafts-Konzeptes kennen. (Arbeitsblatt 1)

Im weiteren Verlauf der Einheit wird dann auf die Waschwirkung im Detail und die damit verbundenen reinigungstechnischen Eigenschaften von Tensiden eingegangen. Dabei wird zum einen die Herabsetzung der Oberflächenspannung durch waschaktive Substanzen anhand eines Experiments thematisiert und zum anderen die Ausbildung von Mizellen sowie deren Struktur behandelt. In diesem Zusammenhang wird auch die Wirkweise von Tensiden als Emulgatoren und Dispersionsmittel angesprochen. (Arbeitsblatt 2)

Im Anschluss werden anhand fächerübergreifender Aufgabenstellungen die ökologischen und gesundheitlichen Aspekte von Tensiden beleuchtet und so ein Bezug zum Thema Nachhaltigkeit geschaffen. Der Fokus liegt dabei auf der durch Tenside hervorgerufenen Umweltbelastung und dem Kennenlernen verschiedener Zertifikate, die dabei helfen sollen, nachhaltige Produkte zu identifizieren. Darüber hinaus wird das nachhaltige Verfahren der Osmose-Reinigung erarbeitet. (Arbeitsblatt 3)

Unterrichtsmaterialien "Aufbau und Wirkung von Tensiden – Seifen und Reinigungsmittel auf dem Prüfstand"

Gesamtdownload

Unterrichtsablauf

Inhalt

Sozial- / Aktionsform

1. Stunde
Einstieg (Gelenktes Unterrichtsgespräch):
Die Lehrkraft stellt verschiedene mitgebrachte Reinigungsmittel im Raum auf und lässt Assoziationen sammeln. Die zentrale Frage lautet: "Warum lässt sich Schmutz mithilfe von Reinigungsmitteln besser entfernen als ohne?"
Es werden erste Hypothesen aufgestellt.
Mögliche Leitfragen für das Unterrichtsgespräch können sein: "Welche Gemeinsamkeiten haben die Reinigungsmittel?", "Welche Stoffe sind enthalten?", "Welche Anwendungsgebiete gibt es für Reinigungsmittel?"
Zentrale Punkte werden in einer (digitalen) Mind-Map gesammelt. Diese kann im Laufe der Einheit zu einer Concept-Map erweitert werden.
Erarbeitung I (Einzel- oder Paararbeit):
Anhand des Arbeitsblattes 1 erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler den chemischen Aufbau sowie die daraus resultierenden Eigenschaften der Tenside. Es können einzelne Aufgaben (z. B. Aufgabe 1 und 3) gestellt werden. Mit Hilfe der Aufgabe 2 kann außerdem auf die Herstellung von Seife eingegangen werden.
Präsentation und Sicherung (Lernenden-Lehrkraft-Gespräch):
Die Schülerinnen und Schüler präsentieren und vergleichen ihre Ergebnisse. Für die Besprechung der Aufgabe 3 bietet sich eine Auflistung in Form einer digitalen Tabelle an.
Versuchsdurchführung und Erarbeitung II (Paararbeit, Plenum):
Um die Begriffe Emulsion und Emulgator zu veranschaulichen sowie die Wirkweise von Tensiden auf Teilchenebene zu untersuchen, kann an dieser Stelle ein Experiment durchgeführt werden. Im Anschluss an den Versuch können die Beobachtungen innerhalb der Klasse verglichen und diskutiert werden. Hypothesen zur Wirkweise von Tensiden werden in Form von Skizzen aufgestellt und in der folgenden Unterrichtsstunde untersucht. Die optionale Zusatzaufgabe schafft den Bezug zur Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler und lässt sie verschiedene Emulsionen im Alltag suchen.
Abschluss (Abschlussgespräch):
Die Lehrkraft bittet die Schülerinnen und Schüler bis zur nächsten Stunde zu beobachten, wo und in welcher Form Tenside im Schulgebäude begegnen.
45 Minuten
2. und 3. Stunde
Einstieg (Gelenktes Unterrichtsgespräch):
Die Lehrkraft greift die Frage aus der letzten Stunde "Welche Rolle spielen Tenside in unserer Schule?" noch einmal auf und trägt die Ergebnisse in einer Mind-Map zusammen. Im Anschluss können die Hypothesen aus Experiment 1 erneut aufgegriffen werden. Diese gilt es in dieser Unterrichtsstunde zu überprüfen.
Versuchsdurchführung/Erarbeitung I (Paararbeit, Plenum):
Die Schülerinnen und Schüler führen das Experiment auf Arbeitsblatt 2 in Paararbeit durch und diskutieren im Anschluss im Plenum das Phänomen der Herabsetzung der Oberflächenspannung durch Tenside auf molekularer Ebene.
Erarbeitung II (Einzelarbeit; Think-Pair-Share):
Die Schülerinnen und Schüler nutzen das Arbeitsblatt 2, um die Wirkungsweise von Tensiden zu verstehen.
Sie bearbeiten die Aufgaben 1 bis 3 zunächst in Einzelarbeit und tauschen sich dann mit der Partnerin/dem Partner über die schematische Darstellung der Waschwirkung von Tensiden sowie dem Herabsetzen der Oberflächenspannung auf Teilchenebene aus.
Präsentation und Sicherung (Lernenden-Lehrkraft-Gespräch):
Die Schülerinnen und Schüler präsentieren und vergleichen ihre Ergebnisse.
Im Anschluss kann die in der Stunde zuvor aufgestellte Hypothese überprüft werden (Arbeitsblatt 2, Aufgabe 4).
Ergänzend zum Arbeitsblatt kann dieses Video gezeigt werden (z.B. bis 1:13).
Vertiefung (Paararbeit):
An dieser Stelle kann Aufgabe 5 zur Entstehung von Seifenblasen durchgeführt werden. Die Schülerinnen und Schüler wenden ihr zuvor erarbeitetes Wissen an, um die chemische Struktur einer Seifenblase zu entwickeln.
Die Seifenblasenlösung sollte mitgebracht oder aber zuvor hergestellt werden.
Abschluss (Abschlussgespräch):
Optional kann die Zusatzaufgabe auf dem Arbeitsblatt 2 als Hausaufgabe gestellt werden.
90 Minuten
4. und 5. Stunde
Einstieg (Gelenktes Unterrichtsgespräch):
Der Einstieg in die Stunde kann über ein Bild von einem Gewässer mit Schaumbildung erfolgen. Dieses kann als stummer Impuls in den Unterricht gegeben werden. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass Tensideinsatz auch negative Folgen haben kann.
Erarbeitung und Sicherung (Einzelarbeit oder Paararbeit):
Anhand des dritten Arbeitsblattes beschäftigen sich die Lernenden mit den Risiken und Herausforderungen, die mit der Nutzung von Tensiden verbunden sind. Sie setzen sich mit der Zertifizierung von Reinigungsmitteln auseinander und recherchieren Vergabekriterien für zwei typische Siegel, die zu einer nachhaltigen Nutzung von Reinigungsmitteln beitragen sollen.
Vertiefung (methodische Diskussion in Paar- oder Gruppenarbeit, Diskussion im Plenum):
Vertiefend können Schülerinnen und Schüler zu Hause auf die Suche nach zwei Reinigungsmitteln, die Tenside enthalten und diese im Detail analysieren. Dabei überprüfen sie neben den Inhaltsstoffen, ob Gefahrensymbole oder Hinweise bezüglich der Dosierung enthalten sind. Sie beurteilen die Reinigungsmittel im Anschluss hinsichtlich der Reinigungsleistung, möglicher Gefahren und ihrer Umweltverträglichkeit kritisch.
In der nächsten Stunde könnte man die Erfahrungen vergleichen und diskutieren. Optionale abschließende Fragestellung: "Sollten solche Kriterien für alle auf dem Markt verfügbaren Reinigungsmittel gelten?"
Vertiefung II (Einzelarbeit):
Es besteht die Möglichkeit auch über die Methode der Osmose-Reinigung sowie deren Vorteile zu recherchieren. Diese Aufgabe zeigt, dass Nachhaltigkeit auch im Gebäudereiniger-Handwerk eine große Rolle spielt.
Abschluss (Diskussion):
Die Lehrkraft blickt noch einmal zusammen mit den Schülerinnen und Schülern auf die letzten Stunden zurück. Dabei kann die Mind-Map zum Tensideinsatz im Schulgebäude genutzt werden, um die große Menge an eingesetzten Tensiden aufzuzeigen. Zum Abschluss wird diskutiert: "Warum ist es so wichtig, dass Gebäudereinigerinnen und Gebäudereiniger auf einen ressourcenschonenden Einsatz von Reinigungsmitteln achten und wenn möglich auf alternative Methoden (z. B. mechanische Reinigung) umsteigen?"
90 Minuten

Didaktisch-methodischer Kommentar

Das Thema Tenside ist aus dem Alltag eines jeden Menschen nicht mehr wegzudenken. Das Anwendungsgebiet der Tenside erstreckt sich über alle Lebensbereiche der Schülerinnen und Schüler. Neben den offensichtlichen Anwendungsbereichen wie der Kosmetikindustrie oder den Haushaltsreinigern, werden Tenside auch als Emulgatoren für Lebensmittel oder in der Farb- und Lackindustrie genutzt. Vor allem aber auch mit Blick auf die Themen Nachhaltigkeit und Umweltschutz sollten sich die Schülerinnen und Schüler mit der Bedeutung eines ressourcenschonenden Umgangs mit Reinigungsmitteln auseinandersetzen und ihren eigenen Konsum kritisch reflektieren.

Diese Unterrichtseinheit kann in den Rahmenlehrplan der Sekundarstufe II eingeordnet und für das Fach Chemie genutzt werden. Sie bietet detailliertes Wissen über Tenside in naher Anlehnung an den Alltag. Das Material besitzt ebenso fächerübergreifende Aspekte und ermöglicht damit das Konzept Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) in den Unterricht zu integrieren.

Ein gewisses chemisches Vorwissen bezüglich der organischen Chemie wird für die Bearbeitung der Aufgaben vorausgesetzt. So sollten Kenntnisse über funktionelle Gruppen sowie Bau- und Ordnungsprinzipien organischer Stoffe bereits vorliegen.

Für das Lösen der verschiedenen Aufgabenstellungen stehen Arbeitsblätter mit Infotexten zur Verfügung. In einigen Aufgabenstellungen wird zusätzlich die eigene Recherchefähigkeit entwickelt und auch das kritische Hinterfragen gefördert. Kleine Experimente unterstützen dabei, die zuvor besprochenen theoretischen Kenntnisse zu vertiefen. Ein breites Spektrum an Lernmethoden und Sozialformen ermöglicht es den Unterricht abwechslungsreich und interessant zu gestalten.

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

kennen den chemischen Aufbau und die daraus resultierenden Eigenschaften von Tensiden.
können die Wirkungsweise von Tensiden und deren Waschwirkung erklären.
wenden das Struktur-Eigenschafts-Konzept an.
kennen Gefahren und Risiken beim Tensideinsatz.
vergleichen Ökosiegel, die zur Kennzeichnung von Reinigungsmitteln eingesetzt werden.
beurteilen Tenside in Hinblick auf Nachhaltigkeit.
kennen nachhaltige Alternativen zum Tensideinsatz (Osmose-Reinigung).
führen chemische Experimente eigenständig durch.
nutzen ihr Wissen, um fächerübergreifende Fragestellungen zu beantworten.
setzen sich kritisch mit den ökologischen Aspekten von Tensiden auseinander und bewerten den oft vermehrten Einsatz.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

nutzen verschiedene Medienangebote für ihre Recherche.
wählen digitale Inhalte selbstständig aus und hinterfragen diese vorher kritisch.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

kommunizieren sachlich und bearbeiten verschiedene Aufgabenstellungen in Zusammenarbeit mit anderen Schülerinnen und Schülern.

Verwendete Literatur

M. Baum, S. Schwarzer (2013). Wie dünn ist eine Seifenblase? Ein experimenteller Zugang zu Mikro- und Nanoschichten, Chemkon, 20, Nr.1, 25-28, DOI: 10.1002/ckon.201210193.

M. Böhme, T. Fotschki, C. Liersch, C. Pfaller, U. Steggewentz (2022). Fachwissen Gebäudereinigung. Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG. S.321 ff.

M. Lutz. (2023). Fachbuch Gebäudereinigung, Verlag, S. 39 ff.

Aufbau und Wirkung von Tensiden – Seifen und Reinigungsmittel auf dem Prüfstand

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Unterrichtsmaterialien "Aufbau und Wirkung von Tensiden – Seifen und Reinigungsmittel auf dem Prüfstand"

Gesamtdownload

Unterrichtsablauf

1. Stunde

2. und 3. Stunde

4. und 5. Stunde

Didaktisch-methodischer Kommentar

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Medienkompetenz

Sozialkompetenz

Verwendete Literatur

Weiterführende Informationen

Portalanbieter

Kooperationspartner

Anbieter der Unterrichtseinheit

Auszeichnungen

Autorin

Ergänzende Unterrichtseinheiten