7. – 10. Schuljahr

Bernhard Sieve und Babro Koch

Experimente via Smartphone

Gummibärchenhölle und Papierchromatografie in Zeitlupe und Zeitraffer

Verbrennungsvorgänge, Verpuffungen oder Explosionen auf der einen Seite, Kristallisationsvorgänge, das Rosten von Eisen oder die Durchführung einer Elektrolyse die genannten Vorgänge haben eines gemeinsam: Die Prozesse laufen entweder zu schnell oder zu langsam für unser Auge ab und wir können die zentralen Beobachtungen nicht erfassen. Hier bieten Zeitlupen- und Zeitrafferaufnahmen die Möglichkeit, die Phänomene zu ent- bzw. zu beschleunigen und die Phänomene so fassbar zu machen.
Im Beitrag wird an zwei Beispielen aufgezeigt (Versuche1 und 2), wie Lernende und Lehrkräfte mit ihren Smartphones und/oder Tablets vergleichsweise mühelos Zeitlupen- und Zeitrafferaufnahmen erstellen und diese anschließend auswerten ein Unterfangen, das ohne die Nutzung der digitalen Technologie im schulischen Kontext bisher nicht umsetzbar war.
In der Auswertung der selbst erstellten Aufnahmen ergeben sich gänzlich neue Beobachtungen, die die Phänomene für die Schülerinnen und Schüler erklärbar machen. Für die Versuche Flammensprung und das Zerplatzen eines mit Wasserstoff gefüllten Ballons konnte bereits empirisch gezeigt werden, dass die Auswertung von Zeitlupenfilmen hilfreich für die Deutung der Versuche und die Anbindung an das Verbrennungskonzept sein können [1, 2].
Es sei bewusst darauf hingewiesen, dass die Zeitlupen- und Zeitrafferfilme keinesfalls die realen Experimente ersetzen sollen. Den Lernenden sollte daher stets die Gelegenheit gegeben werden, über die Durchführung oder Betrachtung des Realexperiments originäre Erfahrungen zu machen. Die beim Experimentieren angefertigten Zeitlupen- bzw. Zeitrafferaufnahmen erweitern die Möglichkeiten der Beobachtbarkeit und Zugänglichkeit für chemische Phänomene, sodass die Filme die Realbeobachtungen stets ergänzen.
Beispiel Zeitlupe: Gummibärchenhölle (Demonstrationsversuch, Abzug)
Beispiel Zeitlupe: Gummibärchenhölle (Demonstrationsversuch, Abzug)
Einordnung des Experiments:
Sauerstoffübertragungsreaktionen, Kaliumchlorat als Sauerstoffspender, Nachweis von Sauerstoff (Glimmspanprobe)
Materialien:
Schaureagenzglas (Duran®), Magnettafelsystem mit Magnetklemmen, Blechbüchse mit Löschsand, farbiger Tonkarton als Hintergrund (z.B. blau), Gasbrenner, Pinzette, Spatel, Waage, Smartphone mit Stativ und DVD-Hülle als Schutzscheibe, Kaliumchlorat (GHS2, 7, 9), Gummibärchen
Hinweis: Für Kaliumchlorat besteht ein Tätigkeitsverbot für Schülerinnen und Schüler. Daher darf der Versuch nur von der Lehrkraft demonstriert werden.
Durchführung:
  • Der Tonkarton wird mit Magneten auf dem Magnet-tafelsystem befestigt. Das Reagenzglas wird über der Blechbüchse mit dem Löschsand eingespannt. In das Reagenzglas werden ca. 5g Kaliumchlorat eingefüllt.
  • Die Kamera wird positioniert, die Kaliumchloratportion im Reagenzglas wird möglichst reflexfrei ausgeleuchtet. Im Kameramenü wird eine Bildrate von 240fps oder höher eingestellt.
  • Nun schmilzt man das Kaliumchlorat mit dem Gasbrenner. Sobald die Portion geschmolzen ist, startet man die Zeitlupenaufnahme und gibt das Gummibärchen mit der Pinzette in die Schmelze.
Auswertungshinweise:
Für die Auswertung des Experiments notiert man zunächst die Beobachtungen im Realexperiment und ergänzt die dort gemachten Beobachtungsergebnisse um die der Zeitlupenaufnahme. Dabei empfiehlt es sich, den Zeitlupenfilm an den Stellen mit zentralen Beobachtungen anzuhalten. Auch ein Einzelbildvorschub liefert meist erhellende Eindrücke.
Beobachtungen:
Realexperiment: Die Reaktion setzt sofort ein. Das Gummibärchen verbrennt unter weißlicher Flammenerscheinung mit violetten Flammenbereichen, tanzt auf der Salzschmelze und erzeugt ein brummendes Geräusch. Es entsteht weißer Rauch.
Zeitlupenaufnahme: Beim Kontakt der Schmelze mit dem Gummibärchen bilden sich Gasbläschen. An den „Ärmchen und „Beinchen des Gummibärchens...

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