Nanotechnologie

Auf dieser Seite finden Sie eine kostenlose Unterrichtseinheit zum Thema "Nano" für Chemieunterricht und Schülerlabore. Sie umfasst ein Theorieseminar, ein Laborpraktikum mit bis zu 6 Experimenten zu Titandioxid-Nanopartikeln und ein abschließendes WebQuest. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit Herrn Dr. Erhard Irmer entwickelt und bereits am Otto-Hahn-Gymnasium in Göttingen durchgeführt.


Kurze Einführung

Selbstreinigende Oberflächen, antimikrobielle Wandfarbe, functional food: Die Nanotechnologie ist auf dem Vormarsch und hochleistungsfähige Funktionsmaterialien werden in der Fachwissenschaft intensiv erforscht. Ihr wird als Plattformtechnologie sogar das Potenzial zugesprochen, ganze Technikfelder von Grund auf verändern zu können.

Die Nanotechnologie befasst sich mit Partikeln und Strukturen zwischen 0,1 und einigen hundert Nanometern. Die Wirkungsweise beruht dabei im Wesentlichen auf dem stark gestiegenen Oberfläche-zu-Volumenverhältnis, denn die reaktionsfähige Oberfläche nimmt zu, je kleiner die Partikel werden. Dies hat einen großen Einfluss auf ihre Eigenschaften – Reaktionsfähigkeit, chemische und physikalische Eigenschaften werden verstärkt oder ändern sich gänzlich. So können zum Beispiel Nichtleiter leitfähig oder Werkstoffe schmutz- und wasserabweisend werden [1,2]. 

Einen detaillierteren Informationstext zu den Grundlagen von Nanotechnologie finden Sie bei dem Material zu der Unterrichtseinheit.

Unterrichtseinheit

Im Folgenden finden Sie eine Unterrichtseinheit zum Thema "Nano" zum kostenlosen Download. Das Projekt beginnt mit einer theoretische Einführung (ca. 45 min) und befasst sich mit den wichtigsten theoretischen Grundlagen der Nanowissenschaften und Charakteristika von Nanomaterialien (bspw. Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis). Studien[3] haben gezeigt, dass insbesondere die Vorstellung der betrachteten Größendimensionen für viele Schülerinnen und Schüler problematisch sind, sodass hierauf ein besonderer Schwerpunkt gelegt wurde.Der zweite Abschnitt beinhaltet ein Laborpraktikum mit bis zu 6 Experimenten zu Titandioxid-Nanopartikeln. Letztere werden zunächst aus Alltagsmaterialien (Zahnpasta, Sonnencreme, Smarties, ...) isoliert und nachgewiesen und anschließend auf ihre Eigenschaften untersucht. Es werden durchgehend gängige oder sehr kostengünstige Chemikalien und Geräte (siehe Abb. 1) verwendet.

Abb. 1 - Benötigte Geräte für das Laborpraktikum.

Abschließend bearbeiten die Schülerinnen und Schüler ein WebQuest zur Förderung der kritischen Reflexion und Bewertung des Einsatzes von Nanomaterialien in verschiedenen Domänen. Dieses WebQuest ist ebenfalls frei zugänglich, Sie finden es ebenfalls auf dieser Homepage unter diesem Link.

Die Unterrichtseinheit ist für eine Länge von etwa 3 - 4 Doppelstunden ausgelegt - kann aber natürlich von der Lehrkraft angepasst werden. Abb. 2 zeigt einen möglichen Verlauf:

Abb. 2 - Verlaufsplan der Unterrichtseinheit. Das Praktikum kann je nach verfügbarer Zeit und Ausstattung angepasst werden.

Downloads

Gesamtes Material in einer Datei (9 MB)
  • Ein Informationstext für Lehrkräfte
  • Eine Präsentation zu den Grundlagen der Nanotechnologie mit Arbeitsblättern inkl. Musterlösungen
  • Ein Praktikumsskript für Schülerinnen und Schüler inkl. Musterlösung und
  • einen Link zum WebQuest "Nanomaterialien"

Einen direkten Link zum WebQuest "Nanomaterialien" erhalten Sie hier.

Die Unterrichtseinheit wurde auch auf dem MNU Bundeskongress 2014 in Kassel vorgestellt. Unter folgendem Link finden Sie die zugehörige Powerpoint-Präsentation mit weiteren Informationen zu dieser Unterrichtseinheit.

Vortrag

"NANO" – eine Dimension mit hohem didaktischen Potenzial für den Chemieunterricht


Kontakt

Bei Unklarheiten oder falls Sie Rückfragen haben, können Sie uns gerne kontaktieren. So erreichen Sie uns:

Timm Wilke

Technische Universität Braunschweig

Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie

Agnes-Pockels-SchülerInnenlabor

Hagenring 30

38106 Braunschweig

Tel. +49 531 391 5963

E-Mail: t.wilke  [at]  tu-braunschweig.de

Thomas Waitz

Georg-August-Universität Göttingen

Institut für Anorganische Chemie

Abteilung Fachdidaktik Chemie

Tammannstraße 4

37077 Göttingen

Tel. +49 551 39 33052

E-Mail: twaitz [at]  gwdg.de


Quellen

[1] S. Becht, S. Ernst, R. Bappert, C. Feldmann (2010), Nanomaterialien zum Anfassen. Do-it-yourself, Chemie in unserer Zeit, 44: 14–23. [2] S. Greßler, U. Fiedeler, M. Simkó, A. Gazsó, M. Nentwich (2010), Selbstreinigende, schmutz- und wasserabweisende Beschichtungen auf Basis von Nanotechnolgie, Nanotrust dossiers, 20. [3] T. Wilke, T. Waitz (2012): Small Particles - Big Impact; Nanomaterials in Chemistry Class. In: Pixel (Hg.): New Perspectives in Science Education 2012, Libreriauniversitatia.it, S. 105-109.