Trennverfahren: Chromatografie

Aktive Methoden wie Stationenlernen und Partnerarbeit passen perfekt zu Chromatografie, weil Schülerinnen und Schüler hier selbst sichtbare Ergebnisse ihrer Trennversuche erleben. Die Kombination aus praktischem Handeln und Messungen fördert das Verständnis für dynamische Gleichgewichte zwischen stationärer und mobiler Phase nachhaltig.

• Klasse 7
• Chemie: Die Welt der Stoffe und Reaktionen
• 4 Aktivitäten
• 15 Min.–45 Min.

Lernziele

1. Erklären Sie das Prinzip der Verteilungschromatografie anhand der unterschiedlichen Wechselwirkungen von Farbstoffen mit der stationären und mobilen Phase.
2. Berechnen Sie den Rf-Wert für verschiedene Farbstoffe und interpretieren Sie diesen als Maß für die Wanderungsgeschwindigkeit.
3. Vergleichen Sie die Ergebnisse der Chromatografie von Tinten verschiedener Hersteller hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Trennbarkeit.
4. Entwerfen Sie ein einfaches Chromatografie-Experiment zur Trennung eines unbekannten Farbstoffgemisches unter Verwendung von Filterpapier und Wasser als mobiler Phase.

Lernen an Stationen

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Lernen an Stationen: Chromatografie-Stationen

Richten Sie drei Stationen ein: 1. Tinten-Trennung mit Wasser, 2. Pflanzenfarbstoffe mit Alkohol, 3. Rf-Wert-Messung. Gruppen rotieren alle 10 Minuten, zeichnen Chromatogramme nach und notieren Beobachtungen. Abschließende Plenumdiskussion vergleicht Ergebnisse.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie, welche Stoffeigenschaften bei der Chromatografie zur Trennung genutzt werden.

Moderationstipp: Während der Stationenrotation genau darauf achten, dass die Gruppen die Durchführung der Chromatografie in der richtigen Reihenfolge (Fleck aufbringen, Papier eintauchen, Wartezeit einhalten) dokumentieren.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Forschungskreis

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Paararbeit: Rf-Wert-Berechnung

Paare wählen Tinten, träufeln auf Papier, führen Chromatografie durch und messen Wanderwege mit Lineal. Sie berechnen Rf-Werte (Wanderweg Stoff / Wanderweg Front) und vergleichen mit Hypothesen. Paare präsentieren einen Wert der Klasse.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie, warum verschiedene Farbstoffe auf einem Chromatografiepapier unterschiedlich weit wandern.

Moderationstipp: Bei der Paararbeit zur Rf-Wert-Berechnung darauf bestehen, dass die Schülerinnen und Schüler ihre Messungen und Rechnungen gegenseitig überprüfen, bevor sie Ergebnisse vortragen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Quellenmaterialien

Materials: Quellensammlung, Arbeitsblatt zum Forschungszyklus, Leitfaden zur Fragestellung, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Forschungskreis

⏱ 20 Min.·Ganze Klasse

Whole Class: Anwendungsjagd

Zeigen Sie reale Chromatogramme (z.B. aus Forensik). Die Klasse brainstormt Anwendungen in Gruppen, diskutiert in Plenum und bewertet Vor- und Nachteile gegenüber anderen Trennverfahren.

Vorbereitung & Details

Bewerten Sie die Anwendungsbereiche der Chromatografie in Wissenschaft und Alltag.

Moderationstipp: Die Anwendungsjagd erst starten, wenn alle Gruppen mindestens ein erfolgreiches Chromatogramm erstellt haben, das als Referenz für die Diskussion dient.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Quellenmaterialien

Materials: Quellensammlung, Arbeitsblatt zum Forschungszyklus, Leitfaden zur Fragestellung, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Forschungskreis

⏱ 15 Min.·Einzelarbeit

Individual: Heimexperiment

Schülerinnen und Schüler testen Küchenfarben zu Hause, fotografieren Ergebnisse und notieren Rf-Werte. Nächste Stunde teilen sie Fotos und diskutieren Abweichungen.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie, welche Stoffeigenschaften bei der Chromatografie zur Trennung genutzt werden.

Moderationstipp: Das Heimexperiment nur freigeben, wenn die Schülerinnen und Schüler die Sicherheitsregeln (z.B. Umgang mit Lösungsmitteln) besprochen und verstanden haben.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Quellenmaterialien

Materials: Quellensammlung, Arbeitsblatt zum Forschungszyklus, Leitfaden zur Fragestellung, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Dieses Thema unterrichten

Chromatografie braucht klare visuelle Erfahrungen, bevor abstrakte Konzepte wie Verteilung und Polarität behandelt werden. Vermeiden Sie es, zu früh mit theoretischen Modellen zu beginnen. Stattdessen auf Beobachtungen und Messungen setzen, die die Schülerinnen und Schüler selbst machen. Studien zeigen, dass das aktive Protokollieren der Beobachtungen die Lernwirksamkeit erhöht.

Was Sie erwartet

Erfolgreiches Lernen zeigt sich, wenn alle Lernenden die Verteilung von Stoffen in den Chromatogrammen beschreiben können und Rf-Werte selbstständig berechnen. Die Schülerinnen und Schüler erkennen dabei, dass unterschiedliche Löslichkeiten und Haftungen zu sichtbaren Trennungen führen.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenrotation Chromatographie-Stationen beobachten Schülerinnen und Schüler, dass Farbstoffe mit gleicher Farbe gleich weit wandern.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Führen Sie die Gruppen an, die Wanderungsstrecken der einzelnen Farbflecken zu messen und zu vergleichen. Nutzen Sie die Gelegenheit, um gemeinsam zu diskutieren, warum unterschiedliche Stoffe trotz ähnlicher Farbe verschiedene Rf-Werte aufweisen.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenrotation Chromatographie-Stationen nehmen Schülerinnen und Schüler an, Chromatografie funktioniere nur bei farbigen Stoffen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die UV-Licht-Station, um unsichtbare Marker sichtbar zu machen. Besprechen Sie mit den Gruppen, wie die Methode auch bei klaren Lösungen oder Geruchsstoffen funktioniert und welche Rolle die Polarität spielt.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenrotation Chromatographie-Stationen glauben Schülerinnen und Schüler, das Papier sauge die Farbstoffe einfach auf wie ein Schwamm.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lassen Sie die Gruppen dasselbe Gemisch mit unterschiedlichen Lösungsmitteln laufen. Die Beobachtung, dass die Trennung bei jedem Lösungsmittel anders ausfällt, macht deutlich, dass es sich um eine dynamische Verteilung handelt.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach dem Heimexperiment sammeln Sie die Chromatogramme ein und lassen die Schülerinnen und Schüler auf einem Arbeitsblatt notieren: 1. Welche Farben sind zu erkennen? 2. Welcher Farbstoff ist am weitesten gewandert und warum? Die Antworten zeigen, ob sie die Zusammenhänge zwischen Löslichkeit und Wanderungsstrecke verstanden haben.

Kurze Überprüfung

Während der Stationenrotation Chromatographie-Stationen zeigen Sie ein Beispiel-Chromatogramm und stellen die Fragen: 1. Welche Stoffe sind am stärksten an das Papier gebunden? 2. Welche Stoffe sind am besten in der mobilen Phase löslich? Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Antworten in Partnerarbeit begründen und gemeinsam vortragen.

Diskussionsfrage

Nach der Anwendungsjagd diskutieren die Kleingruppen: Warum ist Chromatografie ein wichtiges Verfahren in der Forschung und Industrie? Fordern Sie die Gruppen auf, mindestens zwei konkrete Beispiele zu nennen, bei denen die Trennung von Stoffgemischen entscheidend ist. Die Diskussion lässt erkennen, ob sie das Prinzip auf reale Anwendungen übertragen können.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Lernende auf, ein Chromatogramm mit einem Gemisch aus drei verschiedenen Tinten zu erstellen und die Rf-Werte aller sichtbaren Farbstoffe zu berechnen.
• Bei Schwierigkeiten unterstützen Sie durch vorgefertigte Schablonen für die Rf-Wert-Messung oder durch das Bereitstellen von Beispielrechnungen auf Folie.
• Vertiefen Sie mit einer zusätzlichen Station, bei der die Schülerinnen und Schüler den Einfluss verschiedener Lösungsmittel (Wasser, Alkohol, Aceton) auf die Trennung vergleichen und protokollieren.

Schlüsselvokabular

Stationäre Phase	Die Phase in der Chromatografie, die fest ist oder sich nicht bewegt, z. B. das Filterpapier.
Mobile Phase	Die Phase in der Chromatografie, die sich bewegt und die zu trennenden Stoffe mit sich führt, z. B. Wasser oder Alkohol.
Rf-Wert	Das Verhältnis der zurückgelegten Strecke eines Stoffes zur zurückgelegten Strecke der mobilen Phase; ein Kennwert für die Trennung.
Adsorption	Die Anlagerung von Stoffen an die Oberfläche der stationären Phase, die die Wanderungsgeschwindigkeit beeinflusst.