Medienpaket: Trennverfahren
Grafik, interaktiv:Das Schnittbild eines Aktivkohle-Stückchens kann interaktiv beschriftet werden.
Aktivkohle wird als Filter für molekulare Stoffe eingesetzt. Aufgrund der vielen Poren und der unglaublich kleinen Porengröße (1 bis 50 nm) addiert sich die Oberfläche dieser Poren auf das ca. 10.000-Fache im Vergleich zu massiver Kohle. Die Grafik zeigt die typischen Porengrößen und vermittelt anschaulich, wie die große „innere“ Oberfläche der Aktivkohle zustande kommt.Die Grafik kann einzeln oder im Gesamten beschriftet werden.
Diese Ressource kann nur von hessischen Lehrkräften genutzt werden.
Linkliste:Weiterführende Informationen zum Experiment „B4 Wir gewinnen Trinkwasser – Methoden der Wasserreinigung“.
Die Links können zur Vorbereitung bzw. zur Vertiefung des Experiments aus dem Experimentierkasten „Experimento | 10+“ der Siemens Stiftung eingesetzt werden.
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Leitfaden:Das Dokument gibt einen Überblick über den inhaltlichen und didaktischen roten Faden des Medienpakets „Humanitäre Hilfe – Wasserfilter im Einsatz“.
Dieser Leitfaden richtet sich an die Lehrkraft. Es werden alle Medien des Pakets vorgestellt. Der Leitfaden informiert zudem didaktisch-methodisch. Es werden Einsatzmöglichkeiten der einzelnen Medien vorgestellt.
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Tabelle:Die verschiedenen druckgetriebenen Membranfilterverfahren im Überblick.
Membranfilter bestehen aus einem feinporigen Material. Bei der Wasserfilterung werden Inhaltsstoffe oberhalb einer bestimmten Größe zurückgehalten, kleinere Teilchen gelangen ungehindert durch die Membran. Diese tabellarische Übersicht listet neben Anwendungsbeispielen für die einzelnen Filterarten auch die wesentlichen Kenngrößen auf: Als Filtermaterial wird i. d. R. Kunststoff verwendet, prinzipiell sind auch Metall- und Keramikmembranen möglich. Je nach Größe der abzutrennenden Teilchen bzw. Porengröße der Membran spricht man von Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration und Umkehrosmose. Je kleiner die Poren sind, umso größer muss die angelegte Druckdifferenz sein, um das Wasser durch die Membran zu pressen.Hinweise und Ideen:Vertiefende Informationen zu den einzelnen Filterverfahren findet man im „Leitfaden Wasseraufbereitung“ auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.
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Lösungsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung für Schülerinnen und Schüler.
Das Lösungsblatt enthält Musterantworten auf alle Fragen, die in der Experimentieranleitung für Schülerinnen und Schüler gestellt werden. Die Antworten sind z. T. sehr kurz, oft nur stichwortartig. Je nach Lernziel müssen sie noch durch zusätzliche Erarbeitung aus Lehrbüchern und ggf. Recherchen im Internet ergänzt und vertieft werden!Ebenso wird auf die Auswertungen zu den einzelnen Teilexperimenten eingegangen, aber nur dort, wo sich erfahrungsgemäß Schwierigkeiten ergeben könnten.Nähere Informationen finden Sie in der zugehörigen Experimentieranleitung „B4 Wir gewinnen Trinkwasser (Schüleranleitung)“, die auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.
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Experimentieranleitung:Ausführliche Anweisungen und Fragen für Schülerinnen und Schüler zur Durchführung des Experiments „Wir gewinnen Trinkwasser – Methoden der Wasserreinigung“. Es umfasst drei Teilexperimente.
Das Experiment setzt sich aus drei Teilexperimenten zusammen:• Grobe Reinigung des verschmutzten Wassers mit Quarzsand, Aktivkohle und Filterpapier• Feinreinigung von Wasser mit Membranfilter• Feinreinigung von Wasser mit HohlfasermembranfilterZu jedem Teilexperiment erhalten die Schülerinnen und Schüler zunächst einen Überblick über die zu verwendenden Materialien sowie Sicherheitshinweise. Darauf folgt die ausführliche Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Versuchsdurchführung. Im Anschluss daran werden die Schülerinnen und Schüler aufgefordert, ihre Beobachtungen zu notieren. Anhand von konkreten Fragen wird auf die Auswertung der Versuchsergebnisse hingeführt. Zum Abschluss werden vertiefende Fragen zum Experiment gestellt (Lösungsblatt für die Lehrkraft vorhanden).
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Experimentieranleitung:Inhaltliche Hintergrundinformationen und praktische Hinweise zur Durchführung des Experiments „Wir gewinnen Trinkwasser – Methoden der Wasserreinigung“. Es umfasst drei Teilexperimente.
Das Experiment setzt sich aus drei Teilexperimenten zusammen:• Grobe Reinigung des verschmutzten Wassers mit Quarzsand, Aktivkohle und Filterpapier• Feinreinigung von Wasser mit Membranfilter• Feinreinigung von Wasser mit HohlfasermembranfilterDie vorgeschlagenen Teilexperimente eignen sich bestens, um in das chemische Grundlagenthema Stofftrennung anhand des aktuellen Themas Wasseraufbereitung einzusteigen. Ebenso können die Schülerinnen und Schüler auch ihre einschlägigen Vorkenntnisse am Beispiel dieser Experimente verifizieren. Im Biologieunterricht passen die Experimente zur Hinführung zum Thema Wasser als Lebensgrundlage. Natürlich können die Experimente auch fächerübergreifend z. B. im Rahmen eines Umweltprojekts eingesetzt werden. Hinweise: • Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der Anleitung sowie die für Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien.• Das hier beschriebene Experiment gehört zu Experimento | 10+, einem der drei Module des Projekts Experimento der Siemens Stiftung, das neben den Anleitungen auch Pädagogenfortbildungen und Kästen mit Experimentiermaterialien umfasst. Derzeit befindet sich das Projekt in der Pilotphase. Um möglichst vielen Pädagogen bereits jetzt den Zugang zu den Experimentieranleitungen zu ermöglichen, stehen sie hier online zur Verfügung. Alle in den Anleitungen genannten Materialien müssen entsprechend selbst im Handel beschafft werden.
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Weitere mit diesem Verweis erreichbare Materialien des Medienpakets sind u.a.: Destillation von Rotwein, Extraktion von Iod, die jeweils mit Video und passenden Arbeitsblättern dargestellt werden. Auf diese wird hier im Medienpaket nicht einzeln verwiesen.
Das von der TUM School of Education entwickelte Medienpaket „Trennverfahren“ bietet die Möglichkeit, die Inhalte aus „Experimento |10+: B4 Wir gewinnen Trinkwasser – Methoden der Wasserreinigung“ übergeordnet zu betrachten und zu vertiefen. Dabei sollen die Schülerinnen und Schüler einen allgemeinen Überblick über die Methoden der Stofftrennung erhalten. Sie erlernen die Abläufe der einzelnen Trennverfahren (z. B. Sedimentieren, Extrahieren usw.) und verstehen die Unterschiede dieser Verfahren. Mit verschiedenen Methoden und Aufgabentypen werden die Schülerinnen und Schüler motiviert, ihr Wissen in diesem Bereich zu verfestigen.
Schemagrafik:Die Umkehrosmose ist eine mögliche physikalische Methode zur Wasserreinigung mittels Membranfilter.
Bei diesem Verfahren wird unter Druck das salzige Wasser gegen eine extrem feinporige semipermeable Membran gepresst. Die Porengröße ist so, dass Wassermoleküle von ca. 0,28 nm durchpassen, die Salzionen aber zurückgehalten werden. (Die Salzionen sind zwar an sich kleiner als Wassermoleküle, durch ihre festgebundene Hydrathülle jedoch wesentlich größer). Weltweit wird dieses Verfahren in Großanlagen in vielen Gegenden mit Trinkwassermangel zur Meerwasserentsalzung eingesetzt.Hinweise und Ideen: Neben der Umkehrosmose gibt es noch andere Membranfilterverfahren, die sich in der Porengröße der Membran unterscheiden: • Mikrofiltration • Ultrafiltration • Nanofiltration.
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Die einzelnen Schritte der Dünnschichtchromatografie von Chlorophyll sind in diesem kurzen Video (2:41min) zu sehen; vom Zerstampfen von Basilikumblättern bis zum Chromatogramm als Ergebnis. Die Arbeitsblätter zum Nachvollziehen des Experiments durch Lernende finden sich hier.
Warum nicht die Schülerinnen und Schüler vorbereitend dieses einfache Experiment zuhause durchführen lassen?
Es werden Fragen zu den gemachten Beobachtungen sowie zur Auswertung des Versuchs gestellt. Ergänzt werden die Fragen durch zwei sog. „Experten-Fragen“ für leistungsstarke Schülerinnen und Schüler. Das Arbeitsblatt beinhaltet einen QR-Code mit Link zu einem Video, auf das wir auch in diesem Lernarchiv verweisen. Dieses Video zeigt die Durchführung einer Dünnschichtchromatographie.