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Faszination ChemiePraxis Sachunterricht ab 3 Chemische Experimente mit Süßigkeiten

Candy ScienceSimone Hell Kinder lieben Süßigkeiten. Gummibärchen, Brause und Schokolin-sen sind nicht nur ein süßer Snack für zwischendurch. Mit ihnen können Grund-schulkinder auch chemische Phänomene erforschen und grundlegende Ein-sichten in naturwissenschaftliche Zusammenhänge gewinnen. Dieser Beitrag will dazu einladen, durch das Experimentieren mit Süßigkeiten gemeinsam mit den Kindern in das Thema »Lebensmittelchemie« einzutauchen.

In Süßigkeiten steckt ChemieBei chemischen Experimenten denkt man schnell an ein Labor, weiße Kittel und Schutz-brillen. Dabei treffen wir überall um uns herum auf Dinge und Vorgänge, die mit Chemie zu tun haben. Es ist verblüffend, wie viel Chemie in Süßigkeiten steckt. Das Experimentieren mit Süßigkeiten als Teil der Lebensmittelchemie sensibilisiert die Grundschulkinder für die Zu-sammensetzung von Lebensmitteln sowie für die Eigenschaften und Bedeutung der jeweiligen Inhaltsstoffe. Durch die eigene Erfahrung und Betroffenheit ist die Lebensmittelchemie für Grundschulkinder interessant und motivierend. Sie behandelt darüber hinaus fachübergreifende Aspekte und ermöglicht die Auseinandersetzung mit Süßigkeiten unter dem Aspekt Ernährung.

Stoff und StoffumwandlungIn der Chemie ist das Konzept »Stoff« ein zen-traler Begriff, der das Material beschreibt, aus dem ein Gegenstand ist. So beginnt der natur-wissenschaftliche Sachunterricht damit, dass die Grundschulkinder verschiedene Stoffe kennenlernen, deren Eigenschaften untersu-chen und dokumentieren, Anwendungsgebiete erkunden und sich mit chemischen Reaktionen zwischen verschiedenen Stoffen (dem Umwan-deln des Ausgangsstoffes in einen anderen Stoff) auseinandersetzen.

Forschungskreis als Orientierungshilfe Im Sachunterricht der Grundschule liegt der Schwerpunkt auf der Eigentätigkeit der Kinder, bei der es um das Entdecken von Phänomen geht. Für das Erkunden naturwissenschaftli-cher Phänomene kann der Forschungskreis (Haus der kleinen Forscher 08/2013) als Orien-tierung dienen.

AufgabenbeispieleDie folgenden Aufgaben greifen verschiedene chemische Themenstellungen auf, die von den Kindern experimentell bearbeitet werden können.

Aufgabe 1: Gummibärchen – Riesen-bären oder Bärensterben?Jedes Kind kennt sie: die leckeren Gummibär-chen. Bei Kindern und Erwachsenen sind Gum-mibärchen das beliebteste Fruchtgummi-Pro-dukt. Das Phänomen, dass Gummibärchen in Wasser »wachsen«, ist den meisten Kindern bekannt. Denn Gummibärchen enthalten in der Regel quellfähige Substanzen (v.a. Gelati-ne). Diese nehmen Wasser auf und vergrößern ihre Strukturen stark mit der Folge, dass die Gummibärchen sich nach längerer Zeit im Wasser aufblähen.

Autorin

Dr. Simone Hell

Rektorin der Erich

Kästner-Grundschule

Neu-Ulm-Ludwigsfeld

hell.s@web.de

Die Materialien zu diesem BeitragM 1 GummibärchenM 2 BrauseM 3 Schokolinsen

Abb. 1: Forschungskreis (Zeichnung der Autorin auf Basis der Vorlage des HdkF)

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Allerdings verhalten sich Gummibärchen in verschiedenen Flüssigkeiten unterschiedlich (M 1). Beispielsweise enthalten frische Säfte aus Ananas und Kiwi ein Enzym, das verhin-dert, dass die Gelatine steif wird. Demnach schrumpfen Gummibärchen in Ananas- oder Kiwisaft sukzessive und lösen sich langsam auf.

Aufgabe 2: Brause – schäumendes PrickelzeugSeitdem 1925 der Kaufmann Theodor Beltle das Brausepulver erfunden hat, ist das schäu-mende Prickelzeug bei Alt und Jung gleicher-maßen beliebt. In der Auseinandersetzung mit Brause werden auf anschauliche Weise chemi-sche Vorgänge aus dem Alltag der Kinder erfahrbar.

Die Brause besteht aus verschiedenen Stoffen. Hauptkomponenten des Brausepulvers sind Zucker, Säuerungsmittel und Natriumhydro-gencarbonat (d. h. Natron).

Wird Brause in Wasser gegeben, prickelt, blub-bert und schäumt es. Indem die Kinder die In-haltsstoffe analysieren (M 2), die für eine sol-che chemische Reaktion verantwortlich sind, erfahren sie, dass das Gas Kohlenstoffdioxid (kurz CO2) entsteht, wenn ein Gemisch aus Natron und Säure im Wasser gelöst wird.

Steckbrief »Kohlenstoffdioxid«Kohlenstoffdioxid (auch in gelöster Form Koh-lensäure genannt) ist ein farb- und geruchlo-ses Gas, das sich gut in Wasser löst und in vie-len Erfrischungsgetränken enthalten ist. Aufgrund seiner Dichte ist es leichter als Was-ser, aber schwerer als Luft.

Aufgabe 3: Schokolinsen- ChromatografieKinder lieben knallige Farben – auch beim Es-sen. Das nutzen vor allem die Hersteller von Süßigkeiten und mischen reichlich Lebensmit-telfarbe in ihre Produkte, damit sie bunt und

lustig aussehen. Da es Schokolinsen in vielen verschiedenen Farben gibt, eignen sie sich be-sonders gut zur Untersuchung von Farbstoffen in Süßigkeiten.

Zunächst werden mit Hilfe des Aufdrucks auf der Verpackung die verwendeten Farbstoffe benannt und mit den Farben der Schokolinsen verglichen.

Häufig verwendete Lebensmittelfarbstoffe:

E-Nummer Farbton

E100 gelb-orange

E102 zitronengelb

E104 gelb-gelbgrün

E120 rot

E122 rot

E131 blau

E133 blau

E140 grün

E142 grün

E160a-f gelb

E162 rot

E171 weiß

E172 gelb-rot

Dabei fällt auf, dass es zwar grüne Schokolin-sen gibt, aber der grüne Farbstoff nicht auf der Zutatenliste zu finden ist. Die Frage stellt sich, ob die Kennzeichnung des grünen Farbstoffes vergessen wurde?

Nun geht es darum, die Farbe von grünen Schokolinsen zu untersuchen. Aus eigener Er-fahrung mit dieser Süßigkeit wissen die Kin-der, dass sich die Farbe im Mund löst, d. h. was-serlöslich ist. Daran anknüpfend wenden die Kinder die sogenannte Chromatografie als Ver-fahren zur Farbtrennung an (M 3).

Das Thema eignet sich, um zu verdeutlichen, dass man bei Süßigkeiten ständig Stoffgemi-schen begegnet, die man mit den Trennverfah-

Abb. 2: Gummibärchen in verschiedenen Flüssigkeiten

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ren der Chemie voneinander unterscheiden und miteinander vergleichen kann. Darüber hinaus lädt das Thema ein, über den Einsatz von Lebensmittelfarben zur Beeinflussung der Verbraucher kontrovers zu diskutieren.

Süßigkeiten unter dem Aspekt einer gesunden Ernährung Die inhaltliche Auseinandersetzung mit Sü-ßigkeiten und deren Inhaltsstoffen ermöglicht auch die kritische Auseinandersetzung, ob Sü-ßigkeiten grundsätzlich gut oder schlecht sind.

Nachgewiesen ist, dass der langfristige über-mäßige Verzehr von Süßigkeiten das Risiko er-höht, an Übergewicht zu erkranken und Karies zu bekommen.

Unter Einbezug der historischen Perspektive lohnt sich ein Blick auf den oft zitierten Aus-spruch des schweizerisch-österreichischen Arztes und Gelehrten Theophrastus Bombast von Hohenheim, auch Paracelsus (1493–1541), genannt.

Paracelsus, Drawing Bocourt, after a painting of the Naney Museum © Fotolia/Morphart

»Alle Dinge sind Gift, und nichts ist ohne Gift; allein die Dosis macht’s, dass ein Ding kein Gift sei.«

Paracelsus legt damit dar, dass es auf die Men-ge ankommt, ob etwas gut oder schlecht ist.

Literatur n Hell, S.: Der Brause auf der Spur – chemische

Experimente im Sachunterricht. In: Fördermaga-

zin Heft 5/2010. München 2010. S. 48-53

n Leavitt, Loralee: Candy Experiments. Andrews

McMeel Pub. Kansas City, Missouri 2012

n Leavitt, Loralee: Candy Experiments 2. Andrews

McMeel Pub. Kansas City, Missouri 2014

n Stiftung Haus der kleinen Forscher (Hg.): Päda-

gogischer Ansatz der Stiftung »Haus der kleinen

Forscher«. Anregungen für die Lernbegleitung in

Naturwissenschaften, Mathematik und Technik.

5. Aufl. Berlin 2014. Online zugänglich unter:

www.haus-der-kleinen-forscher.de

Abb. 3: Chromatografie der grünen Schokolinse

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M1

Gummibärchen

Forscherfrage: Was passiert mit Gummibärchen in verschiedenen Flüssigkeiten? • destilliertes Wasser• Cola• Salzwasser• frischer Ananassaft • ...

Material: Gummibärchen, Gläser, verschiedene Flüssigkeiten, Waage, Lineal, (Stopp-)Uhr

Durchführung: Die Gummibärchen werden zunächst gewogen und vermes-sen. Die Ausgangsdaten werden in eine Tabelle übertragen. Danach legt man die Gummibärchen in die Gläser mit den verschiedenen Flüssigkeiten. Nach bestimmten Zeiten, z. B. 30 Minuten, 1 Stunde, 3 Stunden, 1 Tag ... werden Veränderungen in Größe und Gewicht der Gummibärchen dokumentiert.

ZeitFlüssigkeit ________________

Gewicht Länge Aussehen

nach ________

Beobachtung: Die Gummibärchen wachsen oder schrumpfen je nach Flüssigkeit.

Erklärung: Gummibärchen bestehen unter anderem aus Gelatine. Das sind Riesenmoleküle. Wenn Gelatine mit Wasser in Berührung kommt, lagert sich das Wasser in diese Riesenmoleküle ein. Die Gelatine quillt auf und die Gum-mibärchen wachsen. Je nach Flüssigkeit wachsen die Gummibärchen unter-schiedlich schnell. Im Ananas- oder Kiwi-Saft löst sich das Gummibärchen aufgrund der im Saft enthaltenen Enzyme auf.

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M2Brause

Forscherfrage: Was verursacht das Prickeln in der Brause?

Material: Brausepulver, Gläser, Schälchen zum Mischen, Zucker, Zitronensäure (anstelle von Weinsäure), Natron, Wasser (still), Löffel

Durchführung: Die Kinder erproben, welche der Brause-Bestandteile das Sprudeln verursachen, indem sie die verschiedenen Inhaltsstoffe miteinander kombinieren.

Beobachtung: Es setzt nur dann ein Blubbern ein, wenn sich die Mischung aus Natron und Zitronensäure im Wasser löst.

Erklärung: Werden Natron und Zitronensäure gemischt und in Wasser gelöst, so entsteht ein Gas. Die große Anzahl kleiner Gasbläschen sorgt im Wasser für das Aufschäumen. Ein kleiner Teil des Gases löst sich wiederum im Wasser. Der Großteil des entstandenen Gases steigt aufgrund seiner geringeren Dichte in Form von kleinen Gasbläschen nach oben. An der Wasserober-fläche zerplatzen diese Bläschen und das Gas geht in die Umgebungsluft über. Bei dem Gas handelt es sich um Kohlenstoffdioxid (CO2; umgangssprachlich: Kohlensäure), welches bei der Reaktion von Natriumhydrogencarbonat (Natron) mit einer Säure entsteht.

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M3Schokolinsen

Auf der Verpackung der Schokolinsen sind Farbstoffe (z. B. E100, E133, E160a, E162, E171) angegeben. Auffällig ist, dass keine Kennzeichnung für grüne Farbstoffe vorliegt, aber dennoch grüne Schokolinsen existieren.

Forscherfrage: Reicht die Kennzeichnung auf der Verpackung aus oder wurde ein Farbstoff vergessen?

Material: Schokolinsen, Wasser, Bechergläser, kleine Gefäße (z. B. Teelichthüllen), Pasteur-pipette, Filterpapier, Bleistift

Durchführung des Chromatografie-Trennverfahrens:1. In der Teelichthülle wird die Schokolinse mit einem Tropfen Wasser versetzt, bis sich der

Farbstoff löst. 2. In einen (Rund-)Filter bohrt man in der Mitte ein Loch.3. Man gibt mit der Pipette einen kleinen Farbtupfer (ca. 1,5 cm) um das Loch. 4. Danach rollt man einen weiteren Rundfilter zu einem Docht zusammen und steckt ihn in das

Loch des durchbohrten Rundfilters. 5. Man füllt ein Becherglas zur Hälfte mit Wasser und legt den Rundfilter darauf, so dass das

Filterpapierröllchen ins Wasser taucht. 6. Nach ein paar Minuten wird der Docht entfernt und das Filterpapier getrocknet.

Beobachtung: Bei grünen Schokolinsen ist eine Aufspaltung in Gelb und Blau zu beobachten.

Erklärung: Dass sich die Farbstoffe trennen, beruht auf deren unterschiedlichen Stoffeigen-schaften. Manche Farbstoffe werden besser vom Wasser transportiert als andere, so dass die Farbstoffe unterschiedlich lange Laufwege aufweisen. Auf diese Weise werden die verschie-denen Farbstoffkomponenten voneinander getrennt und deutlich sichtbar gemacht. Der grüne Farbstoff ist offenbar eine Mischung aus Gelb und Blau. Daher ist keine besondere Kennzeich-nung auf der Verpackung erforderlich.