Chemie · Klasse 10

Ideen für aktives Lernen

Chromatographie: Trennverfahren

Aktives Experimentieren macht Chromatographie greifbar, weil Schülerinnen und Schüler das Prinzip der Verteilung zwischen stationärer und mobiler Phase durch eigene Beobachtungen verstehen. Die sichtbaren Trennergebnisse in Echtzeit fördern das Vertrauen in abstrakte Konzepte wie Affinität und Polarität.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe I - Erkenntnisgewinnung
• KMK: Sekundarstufe I - Stoff-Teilchen-Konzept

• 40–60 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Erfahrungsorientiertes Lernen
• 45 Min. · Kleingruppen

Papierchromatographie: Filzstiftfarben

Schüler trennen Farbstoffe aus wasserlöslichen Filzstiften. Tragen Sie Tintenpunkt auf Filterpapier auf, tauchen Sie das untere Ende in Wasser oder Alkohol und beobachten Sie die Wanderung. Messen Sie Rf-Werte und identifizieren Sie Komponenten.

Erklären Sie das Prinzip der Chromatographie zur Trennung von Stoffgemischen.

Moderationstipp

Für die Rf-Wert-Berechnung an Stationen geben Sie den Schülern konkrete Aufgabenstellungen vor, wie etwa die Berechnung von Rf-Werten für drei Farbstoffe mit unterschiedlichen Polaritäten.

Worauf zu achten ist

Lassen Sie die Schüler auf einer Karte den Rf-Wert für einen gegebenen Farbstoff auf einem bereitgestellten Chromatogramm berechnen. Fragen Sie zusätzlich: 'Welcher Faktor könnte dazu geführt haben, dass dieser Farbstoff langsamer oder schneller gewandert ist als ein anderer?'

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung
• Sozialbewusstsein

Aktivität 02

• Erfahrungsorientiertes Lernen
• 50 Min. · Partnerarbeit

Pflanzenpigmente: Blatt-Extrakt

Extrahieren Sie Pigmente aus Spinatblättern mit Aceton. Führen Sie die Lösung auf Papierchromatographiepapier auf und eluieren mit Petroleumether. Diskutieren Sie die Reihenfolge: Chlorophyll, Carotinoide.

Analysieren Sie die Faktoren, die die Trennleistung bei der Chromatographie beeinflussen.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie die Frage: 'Stellen Sie sich vor, Sie trennen zwei unbekannte Substanzen und erhalten nur eine einzige Spur. Welche chromatographischen Parameter würden Sie ändern, um zu versuchen, diese Substanzen zu trennen, und warum?' Fordern Sie die Schüler auf, ihre Überlegungen zu begründen.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung
• Sozialbewusstsein

Aktivität 03

• Erfahrungsorientiertes Lernen
• 60 Min. · Kleingruppen

Experiment-Design: Eigene Mischung

Schüler mischen bekannte Farbstoffe und entwickeln ein Chromatographie-Setup. Testen Sie Variationen von Eluens und dokumentieren Sie Trennleistung. Präsentieren Sie optimale Bedingungen der Klasse.

Designen Sie ein einfaches Chromatographie-Experiment zur Trennung von Farbstoffen.

Worauf zu achten ist

Zeigen Sie ein Chromatogramm mit mehreren getrennten Farbstoffen. Bitten Sie die Schüler, die stationäre Phase und die mobile Phase zu identifizieren und zu erklären, warum die Farbstoffe unterschiedlich weit gewandert sind, basierend auf ihrer Polarität.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung
• Sozialbewusstsein

Aktivität 04

• Erfahrungsorientiertes Lernen
• 40 Min. · Kleingruppen

Rf-Wert-Berechnung: Stationen

Richten Sie Stationen mit verschiedenen Tinten ein. Gruppen rotieren, führen Chromatographie durch, berechnen Rf-Werte und vergleichen. Erstellen Sie eine Tabelle mit Ergebnissen.

Erklären Sie das Prinzip der Chromatographie zur Trennung von Stoffgemischen.

Worauf zu achten ist

Lassen Sie die Schüler auf einer Karte den Rf-Wert für einen gegebenen Farbstoff auf einem bereitgestellten Chromatogramm berechnen. Fragen Sie zusätzlich: 'Welcher Faktor könnte dazu geführt haben, dass dieser Farbstoff langsamer oder schneller gewandert ist als ein anderer?'

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung
• Sozialbewusstsein

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Chromatographie lebt von der Kombination aus Beobachtung und Theorie. Erfahrene Lehrkräfte vermeiden zu frühe Erklärungen und lassen die Schüler stattdessen selbst Muster in den Trennergebnissen entdecken. Ein häufiger Fehler ist die zu frühe Fokussierung auf Rf-Werte, bevor die Grundlagen der Verteilung verstanden sind. Forschungsbasiert wirkt die Verknüpfung mit Alltagsbeispielen – etwa der Trennung von Lebensmittelfarben – motivierend und erleichtert den Transfer.

Erfolgreiches Lernen zeigt sich, wenn Schülerinnen und Schüler erklären können, warum verschiedene Stoffe unterschiedlich weit wandern und wie sie das Prinzip auf neue Gemische übertragen. Sie wenden Fachbegriffe korrekt an und begründen ihre Beobachtungen mit physikalisch-chemischen Eigenschaften.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Papierchromatographie mit Filzstiftfarben beobachten viele Schüler, dass nur Farbstoffe getrennt werden können.

  Zeigen Sie den Schülern am selben Tag ein Chromatogramm mit farblosen Aminosäuren, das unter UV-Licht sichtbar gemacht wird. Lassen Sie sie die Flecken markieren und erklären, warum auch unsichtbare Stoffe getrennt werden können.

• Während der Trennung von Pflanzenpigmenten aus Blatt-Extrakten entsteht oft die Annahme, dass der Rf-Wert nur von der Molekülgröße abhängt.

  Fordern Sie die Schüler auf, in Partnerarbeit verschiedene Lösungsmittel (z.B. Wasser, Ethanol, Propanol) zu testen und die Wanderungsgeschwindigkeiten zu vergleichen. Lassen Sie sie ihre Beobachtungen mit Polaritätswerten aus Tabellen abgleichen und so das Konzept der Affinität entwickeln.

• Während der Rf-Wert-Berechnung an Stationen glauben viele, dass längeres Eluieren immer zu besseren Trennergebnissen führt.

  Lassen Sie die Schüler in Gruppen drei Chromatogramme mit unterschiedlichen Laufzeiten (5, 10, 15 Minuten) erstellen und vergleichen. Fordern Sie sie auf, die beste Laufzeit zu begründen und die Grenzen des Verfahrens zu diskutieren.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Erfahrungsorientiertes Lernen