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 Projekt: Naturwissenschaft und Technik (NwT)
 

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Modul Emulsionen - "Kleine Tropfen ganz groß"

  • Emulsionen sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Diese auf den ersten Blick unscheinbaren Flüssigkeiten begegnen uns in Kosmetikprodukten und Lebensmitteln,  in Pharmazeutika und Farben, und viele weitere Produkte wären ohne die Verwendung von Emulsionen nicht verfügbar. Doch worin liegt das Geheimnis dieser Gemische? Was macht das Mischen des Unmischbaren möglich?

    Schwerpunkte dieses Moduls sind die Herstellung und Untersuchung von Emulsionen am Beispiel von Mayonnaise und Sonnenmilch. Die Experimente können in folgende Unterrichtseinheiten integriert werden: Herstellung von Alltagsprodukten, z.B. Lebensmittel und Sonnenmilch.

    Das Modul „Kleine Tropfen ganz groß“ ist im Rahmen des NaT- Working- Projektes in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik, Bereich I: Lebensmittelverfahrenstechnik  (LVT) der Universität Karlsruhe entstanden. Die Inhalte dieses Moduls können mit den Inhalten des Moduls "Herstellung und Eigenschaften von Titandioxid- Nanopartikeln" zu einer Unterrichtseinheit „Nano- Sonnencreme“ verknüpft werden. Es ist aber auch möglich sich nur einem der beiden Themen zuzuwenden.

    Das NaT-Working- Projekt fördert die Kooperation von Schule und Universität und schließt einen Besuch der LVT während der Durchführung der Unterrichtseinheit mit ein. Bei diesem Besuch haben die Schüler die Gelegenheit Mayonnaise selbst herzustellen und zu untersuchen.  Das technische ScaleUp der Produktion von Sonnencreme mit Titandioxid- Nanopartikel als Sonnenschutz stellt den Höhepunkt der Veranstaltung dar. Das hergestellte Produkt kann an die Schülerinnen und Schüler zur Verwendung ausgegeben werden.

    Die Unterrichtseinheit ist so konzipiert, dass sie auch ohne die Kooperation mit der Universität durchgeführt werden kann. Im schulischen Kontext steht natürlich die Sonnencreme im Mittelpunkt der Einheit, jedoch werden am Beispiel der Mayonnaise wichtige Informationen rund um die Emulsion erarbeitet.

    Die Materialien zu dieser Einheit wurden erarbeitet von:

    - Freddy Aguilar, Lehrstuhl für Lebensmittelverfahrenstechnik, Universität Karlsruhe (TH)
    - Lena Hecht, Lebensmittelverfahrenstechnik, Universität Karlsruhe (TH)
    - Ping Idda, Lehrstuhl für Lebensmittelverfahrenstechnik
    , Universität Karlsruhe (TH)
    - Karola Bernert, St. Dominikus- Gymnasium Karlsruhe

    - Margit Jost- Kant, Bismarck- Gymnasium Karlsruhe

    - Gabriele Rupp, Gymnasium Neureut

    - Sabine Schatte, Lessing- Gymnasium Karlsruhe 

    Ansprechpartnerin: Margit Jost-Kant, Bismarck-Gymnasium, Karlsruhe,       eMail: jost-kant@nat.nwt-bw.de
     

  Unterrichtseinheit Sonnenmilch:

Die Unterrichtseinheit
 
  1. Der Unterrichtsverlauf (PDF-Datei)

    Anlagen:
    01 Quiz-Sonnencreme PDF-Datei

    03 Infos Referate:
    -     Zeitvorgabe 10 min
    -     möglichst frei halten
    -     Handout für Mitschüler: 1 DIN A 4 Seite
    -     kein PowerPoint
    -     Veranschaulichung durch Folien, Tafel, ...

     

    Mögliche Referatsthemen:
    -  Hautkrebs
    -  Nano-Krebstherapie
    -  Hauttypen
    -  Hauterkrankungen (allergien, Akne...)
    -  Bräunungsstudio
    -  Mayonnaise (Demonstrationsreferat)
    -  Einsatz von Nanotechnologie
    -  Elektronenmikroskop
    -  Schutzhülle Atmosphäre
    -  Verteilung der Globalstrahlung
    -  Ozonproblematik
     

    04 Versuche mit Öl und Wasser PDF-Datei
    05a Memory Gemischtypen PDF-Datei
    05b Arbeitsblatt Stoffgemische PDF-Datei
    05c Arbeitsblatt Stoffgemische (Erwartungshorizont) PDF-Datei
    06 Arbeitsauträge Emulsion

    1. Definiere den Begriff Emulsion.
    2. Entwickelt eine Schemazeichnung mit deren Hilfe man die Funktionsweise eines   
        Emulgators erklären kann. Alternative: Modell
    3. In welchen Produkten unseres täglichen Lebens werden Emulgatoren verwendet?
        Um welche Emulgatoren handelt es sich jeweils?
        Führt mindestens drei Beispiele an.
    4. Präsentiert eure Ergebnisse.

        Hilfsmittel: Internet, Chemiebuch

    08a Versuche zur Emulgierwirkung entwickeln PDF-Datei

    08b Versuche zur Emulgierwirkung entwickeln (EH)

    - Mengenangaben Wasser / Öl
    - Mengenangaben Zusätze
    - Arbeitsschritte
    - Zeitangaben, z.B. Wie lange soll geschüttelt werden?
    - Kontrolle
    - Was soll als Ergebnis festgehalten werden?

    09a Versuch zur Bestimmung des Emulsionstyps PDF-Datei
    09b Erwartungshorizont zu 09a PDF-Datei
    10a Klassenarbeit PDF-Datei
    10b Klassenarbeit (Erwartungshorizont) PDF-Datei
    11 Anforderungen an eine Sonnencreme z.B.:
    wirksam gegen UV-Strahlung
    gut hautverträglich
    nicht toxisch (ungiftig)
    photostabil (stabil gegen Lichteinstrahlung)
    sollte nur begrenzt in die Haut eindringen
    chemisch stabil
    hitzestabil
    wasserfest
    nicht fettig oder glänzend
    nicht klebrig
    angenehmer Geruch
    möglichst geschmacklos
    preiswert
    pflegend
    12 Rechercheaufträge 1. Welche Inhaltsstoffe befinden sich in käuflichen Sonnencremes?
    2. Suche ein einfaches Rezept für eine Sonnencreme.
    3. Nenne die Aufgaben der verschiedenen Inhaltsstoffe der Sonnencremes?
        Fertige dazu eine Tabelle an.
    13 Rezept zur Herstellung einer Sonnenschutzmilch PDF-Datei
    14 Inhaltsstoffe einer Sonnenschutzmilch PDF-Datei
    15a Arbeitsaufträge zum Thema Strahlung 1. In welche Bereiche kann man das elektromagnetische Spektrum unterteilen?
    2. Ordnet diese Bereiche von energiearm (langwellig) bis energiereich (kurzwellig)
    3. Welche Vorgänge finden statt, wenn UV-Strahlung auf die Haut trifft?
    4. Wie können Sonnencremes UV-Schäden verhindern?
    5. Definiere den Begriff „Sonnencreme“.

    Hilfsmittel: Lehrerinfo, Physikbuch und Lexika
    15b Erwartungshorizont zu 15a zu 1. u. 2. siehe Physikbuch oder Lexikon
    zu 3.   - Licht wird reflektiert
              - Licht wird gestreut
              - Licht wird absorbiert
              - Licht wird durchgelassen
    zu 4.   - Absorbieren UV (organische Subtanzen)
              - Reflektieren oder streuen UV (Pigmente, mineralische Filter)
    zu 5.  - Sonnenschutzmittel sind kosmetische Substanzen,
               die auf die Hautoberfläche aufgetragen werden und Verbindungen enthalten,
               die UV-Strahlung absorbieren, reflektieren oder streuen.
               Dies soll effektiv erfolgen und ohne nachhaltigen Nebenwirkungen.
    16a Arbeitsblatt zur Auswirkung der UV-Strahlung PDF-Datei
    16b Erwartungshorizont zu 16a PDF-Datei
    17a Projektauftrag: Herstellung von Sonnencreme 1. Stellt für jeden Schüler eurer Gruppe 100 ml Sonnencreme her.
        Entwickelt dazu eine Herstellungsvorschrift. Chemikalien siehe unten.
    2. Welche Funktionen erfüllen die verwendeten Inhaltsstoffe der Sonnencreme?
    3. Entwerft ein Etikett für eure Sonnencreme.
        Achtet bei dem Etikett auf alle wichtigen Informationen!
    4. Gestaltet eine DIN A 4 – Werbeseite für eure Sonnencreme oder
        dreht einen kleinen Werbefilm.

    Chemikalien (möglicherweise Begrenzung der zur Verfügung gestellten Mengen)

    Tegomuls HT
    Sojaöl
    Parsun (SF 6)
    Vitamin E
    Wasser
    Tr. Paraben K
    Parfümöl (z. B. Cocos)
    17b Rezeptvorschlag Sonnenschutzmilch PDF-Datei
    17c Was muss auf ein Etikett? - Artikelbezeichnung
    - Name
    - Kurzinfos
    - Inhaltsstoffe
    - LSF
    - Mindesthaltbarkeitsdatum
    - Anwendung
    - Mengenangabe
    - Hersteller
    - Entsorgungsinformation
    - (Preis)
       
  2. Vorlagen für Unterrichtsfolien (PDF-Datei)
     
  3. Lernzirkel Haut
     

    Überblick (PDF-Datei)

     

    Station 1: 
    Der Aufbau der Haut

     

    1.  Betrachte das Modell der Haut, vergleiche es mit der Abbildung in deinem Biologiebuch
         und beantworte folgende Frage:  „Wieso führt Hautkontakt zu verschiedenen Empfindungen?“

    2.  Auf deinem Arbeitsblatt ist ein schematischer Querschnitt der Haut abgebildet.
         Welche wesentlichen Bestandteile der Haut fehlen in dieser Zeichnung?
         Ergänze die Darstellung und beschrifte die Strukturen.
     

    Station 2 A: 
    Funktionen der Haut – Überblick

     

    Informiere dich mithilfe des Films „Die Haut“ über deren vielfältige Funktionen.
    Mache dir stichwortartige Notizen.

    Bearbeite im Anschluss folgende Aufgaben:

    1.   Zeige anhand eines Struktur-Funktionsschema auf, inwiefern die Haut an der biologischen Regelung der Körpertemperatur beteiligt ist.

    2.   Fertige eine Tabelle über die Funktionen der Haut und deren dazugehörigen Strukturen an.
    Benutze deine Notizen aus dem Film und ausliegendes Informationsmaterial.

     

    Station 2 A: 
    Funktionen der Haut –
    Hautkontakt

     

     PDF-Datei
    Station 3: 
    Mikroskopieren der Haut

     

    Mikroskopiere und zeichne
    -
              Haut (Übersicht)
    -
              Kopfhaut vom Menschen (Übersicht und Detailzeichnung einer Haarwurzel)

    Zusatzaufgabe:
    -
              Tastkörperchen
    -
              Fettzellen

    Vergleiche deine Zeichnungen mit Mikroaufnahmen und beschrifte die wesentlichen Strukturen!

    Bitte beachten:
    -
              Zeichnung mit Bleistift
    -         Größe jeder Zeichnung ½ Seite
    -
              Zeichnung beschriften
    -
              Vergrößerung angeben

    Materialien:  Lichtmikroskop, Präparate, Histologiebuch

     

    Station 4: 
    Hauttypen

     

    1.   Bestimme deinen Hauttyp und die noch ungefährliche Aufenthaltsdauer an der Sonne ohne
          bzw. mit Sonnencreme.
          Unter diesen Internetadressen findest du Infos über deinen Hauttyp:
          -  http://www.krebsgesellschaft.de/sonne_hauttyp,15745.html
    ·     -  http://www.bfs.de/www/uv/uv2/uvi/hauttypen.html
        

    2.   Die Effektivität der Sonnencreme bzw. Sonnenmilch wird durch den Lichtschutzfaktor (LSF)
          angegeben. Dies ist jedoch problematisch, da der LSF für die Wirkstoffkonzentration von
          2 mg/cm² festgelegt ist.

          Aufgabe:   Für wie viele Anwendungen würde eine 200 ml Flasche Sonnenmilch ungefähr reichen?

          Bestimmung der Hautoberfläche:
        
     Mithilfe der Grafik lässt sich die Größe der persönlichen Hautoberfläche annährend ermitteln.
          Dazu trägst du deine Körpergröße und dein Körpergewicht auf der jeweiligen Skala ein.
          Verbinde dann die beiden Werte.
          Am Schnittpunkt der Linie mit der Skala „Hautoberfläche“ kannst du nun die Größe
          deiner persönlichen Hautoberfläche ablesen.

     

    Station 5a:
    Bräunung
     
    PDF-Datei
    Station 5b:
    Gefährdung und Pflege
    der Haut -

    Pro und Kontra

    Allzu viel ist ungesund: Das tägliche Bad, die tägliche Dusche – in früheren Zeiten ein unvorstellbarer Luxus –
    sind heute zur Selbstverständlichkeit geworden. Doch statt Krätze und unangenehmen Körpergerüchen
    sind jetzt Ekzeme und Allergien auf dem Vormarsch.

    Informiere dich im Internet  über gesunde Hautpflege und beantworte dann folgende Fragen:

    1.   Welche Hauterkrankungen sind auf zu wenig Pflege bzw. auf übertriebene Pflege der Haut zurückzuführen? Erläutere die Zusammenhänge.

    2.   Stelle Regeln zusammen, nach denen du deinen Körper vernünftig pflegen kannst.

    3.   Welchen Einfluss hat die Ernährung auf die Gesundheit der Haut? Weiteres Material hierzu kannst du auch bei den Krankenkassen erhalten.

     

    Station 5c:
    Tattoos

    Die Gräfinnen von Monaco haben welche, auch Pamela Anderson, Britney Spears, Axel Schulz
    und Thomas Gottschalk. Die Rede ist von Tattoos, kleinen Zeichen oder Bildern,
    die mit in Farbe getauchten Nadeln oder Stanzen in die tieferen Hautschichten (Lederhaut) eingestochen werden.

    Früher wurden Tätowierungen aus magischen, rituellen und ästhetischen Gründen oder auch
    als Erkennungszeichen für soziale Randgruppen ausgeführt.

    Wenn sich junge Leute mit Tattoos versehen lassen, kann dies auch zu medizinischen Problemen führen.

    Informiere dich z. B. auf folgenden Internetseiten darüber, was bei der Vorsorge, der Durchführung und der Nachsorge einer Tätowierung beachtet werden muss, um die medizinischen Probleme zu verringern. Fertige dazu eine kurze Übersicht an.

    - www.medizinfo.de

    - www.gesund.co.at

    - www.hautstadt.de

     

    Station 5 D:  Gefährdung der Haut - Piercing

    Sarah, 15 Jahre alt, kommt ganz erregt aus der Schule nach Hause und erzählt ihrer Mutter, dass zwei Mädchen aus ihrer Clique mit Erlaubnis der Eltern mehrfach in den Augenbrauen und Nase gepierct wurden, und wie schick das aussehen würde. Daher möchte sie, sobald es irgendwie geht, ihnen gleich handeln. Sarahs Mutter ist entsetzt und versucht es ihr mit vielen Argumenten auszureden. 

    1.   Informiere dich im Internet über mögliche Gefahren des Piercings.

    2    Welche Argumente sprechen deiner Meinung nach für bzw. gegen das Piercen?
    Stelle eine Gewichtung deiner Argumente her.
    Diskutiere deine Ergebnisse mit deiner Arbeitsgruppe.

     

    Station 6:  Hauterkrankungen

     

    PDF-Datei
    Zusatzstationen PDF-Datei

     

    Lehrerinfo PDF-Datei

     

    Erwartungshorizont PDF-Datei

     

    Literatur PDF-Datei


     

  4. Das Universitätspraktikum (Arbeitsblätter (PDF-Datei)
    dazu auch:
    - Lösungen zu Arbeitsblättern (PDF-Datei)
    - Auswertungsbeispiel zur Rheologie (PDF-Datei)
    - Einführung in die Grundlagen der Rheologie von Emulsionen (PDF-Datei)

 

 

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