Herstellung und Untersuchung von Nano-Goldpartikeln

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  • Chemie
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • variabel
  • Video, Arbeitsblatt, Lernkontrolle
  • 1 Arbeitsmaterial

Lernende stellen im Schülerexperiment Nano-Goldpartikel her und erkennen die Farbe der Goldsole als größenabhängige Eigenschaft der Nanopartikel. Interaktive Lernumgebungen visualisieren die Reaktionen auf der Teilchenebene und ermöglichen die Untersuchung der Nanopartikel im virtuellen Elektronenmikroskop.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Der erste Teil der fächerübergreifenden Unterrichtseinheit (Chemie und Physik) findet im Schul- oder Schülerlabor statt. Die Lernenden präparieren mithilfe einer Versuchsvorschrift unterschiedlich große Gold-Nanopartikel in Dispersion (Kolloidchemie). Die verschiedenen Größen der Goldpartikel werden schon bei der Präparation an der unterschiedlichen Farbe erkennbar. Der zweite Teil der Unterrichtseinheit findet im Rechnerraum statt. Die Schülerinnen und Schüler wiederholen die Präparation der Gold-Nanopartikel noch einmal im Rahmen eines virtuellen Experiments und können dabei beobachten, was auf der Teilchenebene passiert. Mithilfe eines interaktiven Lernmoduls lernen sie zudem Schritt-für-Schritt die Funktion und Betriebsweise eines Elektronenmikroskops kennen: Sie können ein virtuelles Transmissionselektronenmikroskop bedienen, die (virtuell und/oder real) hergestellten Partikel anschauen und sich davon überzeugen, dass den verschiedenfarbigen Goldsolen unterschiedlich große Nanopartikel zugrunde liegen.

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Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz - kolloidale Systeme

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • die Begriffe Kolloid und Nanopartikel und ihren Zusammenhang kennen.
  • die Dimension nanoskaliger Materialien kennen und zu bekannten Materialien anderer Dimensionen in Beziehung setzen können.
  • den Begriff kolloidale Dispersion kennen und kolloidale Dispersionen in Zweistoffsystemen je nach Aggregatzustand der dispersen Phase und des Dispersionsmittels klassifizieren können.
  • Methoden zur Unterscheidung zwischen "echten" Lösungen, kolloidalen Dispersionen und grobdispersen Systemen kennen.
  • die Synthese von Goldkolloiden durchführen.
  • wissen, dass die optischen Eigenschaften der hergestellten Goldkolloide im Zusammenhang mit der Größe der Kolloide stehen.
  • den Begriff Koagulation/Aggregation kennen.

Fachkompetenz - Transmissionselektronenmikroskop

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • das TEM als Werkzeug zur Visualisierung von Nanopartikeln kennen.
  • begründen, warum Nanopartikel nicht mithilfe eines Lichtmikroskops beobachtet werden können.
  • den Aufbau und den Strahlengang des Elektronenstrahls im TEM kennen.
  • wissen, warum im Vakuum gearbeitet werden muss.
  • die Bilderzeugung im TEM als Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und Probe kennen.
  • elastisch und unelastisch gestreute Elektronen als Ursache für die verschiedenen Kontraste im elektronenmikroskopischen Bild kennen.
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Autorin
Avatar Katrin Prete

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