Benötigtes Material

(C) FNR

Benötigtes Material

Zyklus 4

Dauer: 30 Minuten

Benötigtes Material

  • 2 PET-Flaschen mit Verschluss
  • Korken einer Weinflasche (muss in die Öffnung der PET-Flasche passen)
  • Cutter
  • 3 Bleistifte
  • (Teelöffel)
  • Essig
  • Natron*
  • Panzertape

* In einem Supermarkt erhältlich. Die chemische Bezeichnung von Natron ist Natriumhydrogencarbonat. Eine weitere gebräuchliche Bezeichnung für Natriumhydrogencarbonat ist (Natrium-)Bicarbonat.

Das aufgelistete Material reicht für ein einzelnes Experiment. Je nach Vorgehensweise (SchülerInnenanzahl, Einzel- oder Gruppenarbeit, o.ä.) musst Du die angegebenen Mengen anpassen.

Sicherheitshinweise

Dieses Experiment ist nicht ungefährlich. Essig und Natron reagieren sehr heftig miteinander.

Führe das Experiment ausschließlich im Freien durch.

Steht die Rakete nicht eben, kann es sein, dass sie nicht senkrecht startet, sondern in eine unerwünschte Richtung fliegt.

Je nach Mischungsverhältnis von Essig und Natron fliegt die Rakete sehr hoch.

Achte darauf dich nicht im „Abgas-Strahl“ der Rakete zu befinden.

Achte auf einen Sicherheitsabstand der Zuschauer.

Achtung: Verschließe die Flasche nicht mit dem Drehverschluss. Sie wird ansonsten explodieren.

Praktische Tipps

Um die SchülerInnen mit der Reaktion von Essig und Natron vertraut zu machen, empfehlen wir dir, folgendes Experiment im Vorfeld gemeinsam mit deinen SchülerInnen durchzuführen: Wie kannst Du einen Luftballon aufblasen ohne zu pusten?Durch das Experiment mit dem Luftballon werden die SchülerInnen verstehen, dass die Reaktion von Essig und Natron ein Gas (CO2) freisetzt. Des Weiteren kannst Du ihnen bei diesem Experiment zeigen, dass sich das Gas ausbreitet, also Raum einnimmt. So können die SchülerInnen eventuell selber darauf kommen was passiert, wenn diese Reaktion in einem verschlossenen Raum (einer Flasche) stattfindet.

Die Rakete kann selbstverständlich noch angemalt und beschriftet werden. Unter ‚Erweitertes Experiment‘ findest du Anleitungen und Tipps, um andere Raketen zu bauen.

Du hast weitere praktische Tipps? Dann kontaktiere uns hier.

Dir ist es gelungen einen Fallschirm an der Rakete anzubringen, der zuverlässig (!) funktioniert und die Rakete wieder sicher und langsam landen lässt? Dann kontaktiere uns unbedingt.

Zum Konzept dieser Rubrik: Wissenschaftliche Methode vermitteln

Die Rubrik „Ideen für naturwissenschaftlichen Unterricht in der Grundschule“ wurde in Kooperation mit dem Script (Service de Coordination de la Recherche et de l’innovation pédagogiques et technologiques) ausgearbeitet und wendet sich hauptsächlich an LehrerInnen der Grundschule. Das Ziel der Rubrik ist es, Dich als LehrerIn mit kurzen Beiträgen dabei zu unterstützen, die naturwissenschaftliche Methode zu vermitteln. Hierzu ist es nicht nötig, dass Du bereits alles über das jeweilige Naturwissenschafts-Thema weißt. Sondern vielmehr, dass Du ein Umfeld schaffst, in dem die SchülerInnen experimentieren und beobachten können. Ein Umfeld, in dem die SchülerInnen lernen Fragen und Hypothesen zu formulieren, Ideen zu entwickeln und durch Beobachtung Antworten zu finden.

Wir strukturieren unsere Beiträge daher auch immer nach demselben Schema (Frage, Hypothese, Experiment, Beobachtung/Fazit),* wobei das Experiment entweder selbständig in der Klasse durchgeführt wird oder durch Abspielen eines Videos vorgezeigt wird. Dieses Schema kann eigentlich für alle wissenschaftlichen Themen angewendet werden. 

Mit dem Hintergrundwissen liefern wir weiterführende Erklärungen, damit sich interessierte LehrerInnen informieren können und aufkommende Fragen beantworten können. Außerdem besteht so die Möglichkeit, dass die SchülerInnen selbständig auf science.lu die Erklärung recherchieren.

Wir hoffen, dass unsere Beiträge behilflich sind und von Dir in der Schule genutzt werden können. Wir freuen uns über Feedback und Anregungen und sind gerne bereit, unsere Beiträge stetig zu optimieren. Hier kannst Du uns kontaktieren.

*In der Praxis läuft der wissenschaftliche Prozess nicht immer so linear ab. Der Einfachheit halber gehen wir in dieser Rubrik jedoch immer linear vor.

Ablauf

Um Dich mit dem Ablauf und dem Material vertraut zu machen, ist es wichtig, dass Du das Experiment vor dem Unterricht einmal durchführst.

Möchtest Du die SchülerInnen das Experiment dokumentieren lassen? Am Ende dieses Artikels (über der Infobox) findest Du ein Forschertagebuch (PDF mit zwei A4 Seiten), welches deine SchülerInnen hierfür nutzen können.

Schritt 1: Frage stellen und Hypothese(n) aufstellen

Die Frage, die ihr euch in dieser Einheit stellt, lautet:

Wie kann ich mithilfe von Natron und Essig eine Rakete steigen lassen?

Zeige den SchülerInnen die Materialien, die ihr zum Bau der Rakete benutzen werdet und lasse sie Hypothesen (Behauptungen, Vermutungen) aufstellen, wie ihr die „Flaschen-Rakete“ mithilfe von Natron und Essig steigen lassen werdet. Halte die Hypothesen an der Tafel fest. Wissen die SchülerInnen was passiert, wenn man Essig und Natron mischt? Wenn nicht, schütte etwas Natron auf einen Teller und demonstriere es ihnen. Unter heftigem Schäumen entsteht Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O). Um das CO2 nicht nur durch die Bläschen, sondern auch räumlich sichtbar zu machen, führt gemeinsam das Experiment „Wie kannst Du einen Luftballon aufblasen ohne zu pusten?“ durch. Daraufhin sollten die SchülerInnen verstanden haben, dass, wenn man die Essig-Natron Reaktion in einem geschlossenen Raum (z. B. einer Flasche) stattfinden lässt, ein hoher Druck in der Flasche entsteht. Um nun zu verstehen, wie ihr diesen Druck nutzen könnt, um die Rakete steigen zu lassen, müssen die SchülerInnen noch das Prinzip „Kraft gleich Gegenkraft“ verstehen (Informationen findest du weiter unten und im ‚Hintergrundwissen‘).

Die richtige Antwort zu finden ist hier nebensächlich. Es geht vielmehr darum Ideen zu entwickeln und herauszufinden, was die SchülerInnen bereits wissen.

Schritt 2: Experiment durchführen

Um die Rakete steigen zu lassen, müsst ihr sie natürlich zuerst bauen. Gehe dazu folgende Schritte gemeinsam mit den SchülerInnen durch:

  • Schneide den „Kopf“ einer PET-Flasche mit dem Cutter ab (etwa 15 cm unter dem Verschluss).
  • Schiebe diesen abgeschnittenen „Flaschenkopf“ über den Boden der anderen PET-Flasche und klebe ihn mit Panzertape fest. Der „Flaschenkopf“ ist die Spitze deiner Rakete und dient dazu, ihre Flugbahn zu stabilisieren. Den Verschluss der zweiten Flasche kannst Du entfernen.
  • Klebe die Bleistifte in ungefähr gleichem Abstand am Boden der ganzen PET-Flasche fest, so dass die Flasche und die Bleistifte etwa 15 cm überlappen. Die Spitzen der Bleistifte sollten zu der Spitze der Rakete zeigen.
  • Die Rakete ist nun fertig.
a. Schneide den „Kopf“ einer PET-Flasche mit dem Cutter ab (etwa 15 cm unter dem Verschluss).
c. Klebe die Bleistifte in ungefähr gleichem Abstand am Boden der ganzen PET-Flasche fest, so dass die Flasche und die Bleistifte etwa 15 cm überlappen. Die Spitze der Bleistifte sollte zu der Spitze der Rakete zeigen.
b. Schiebe diesen abgeschnittenen „Flaschenkopf“ über den Boden der anderen PET-Flasche und klebe ihn mit Panzertape fest.
d. Die Rakete ist nun fertig.

Begebt euch mit der fertigen Rakete, dem Korken, dem Essig und dem Natron ins Freie. Um die Rakete steigen zu lassen, muss Du folgendermaßen vorgehen:

  • Drehe deine Rakete auf den Kopf (mit dem offenen Verschluss nach Oben) und fülle etwa 200 ml Essig in die Rakete.
  • Halte die Rakete seitlich gekippt und gebe vorsichtig einen guten Schuss Natron in den Flaschenhals. Hierzu kannst du, wenn nötig, den Teelöffel verwenden. Achte darauf, dass Essig und Natron noch nicht in Berührung kommen.
  • Verschließe die Rakete mit dem Korken, dreh sie um und stelle sie schnell auf den Boden.
  • Entferne dich augenblicklich einige Meter.
e. Drehe deine Rakete auf den Kopf (mit dem offenen Verschluss nach Oben) und fülle etwa 200 ml Essig in die Rakete.
g. Verschließe die Rakete mit dem Korken, dreh sie um und stelle sie schnell auf den Boden.
f. Halte die Rakete seitlich gekippt und gebe vorsichtig einem guten Schuss Natron in den Flaschenhals. Achte darauf, dass Essig und Natron noch nicht in Berührung kommen.

Schritt 3: Beobachte was passiert ist

Lasse die SchülerInnen berichten, was sie beobachtet haben. Was passiert nachdem Du die Rakete in Startposition gebracht hast? (Es fängt an zu schäumen, nach wenigen Sekunden fliegt die Rakete in die Luft und der Korken bleibt auf dem Boden zurück.)

Schritt 4: Wie kannst Du das Ergebnis erklären?

Was denken die SchülerInnen, wieso fliegt die Rakete in die Luft? Verstehen sie das Prinzip ‚Kraft gleich Gegenkraft‘?

Die Rakete wird per Rückstoßantrieb angetrieben. Durch die Reaktion von Natron und Essig entsteht so viel Gas (CO2), dass ein Überdruck entsteht und der Korken aus der Flasche gedrückt wird. Die Rakete bewegt sich mit der gleichen Kraft nach vorne, mit der das Gas nach hinten ausströmt. Der Rückstoßantrieb ist eine praktische Anwendung des dritten Newtonschen Gesetzes: jede Kraft hat eine gleich große Gegenkraft.

Anmerkung: Du musst als LehrerIn nicht alle Antworten und Erklärungen bereits kennen. Es geht in dieser Rubrik „Ideen für den naturwissenschaftlichen Unterricht in der Grundschule“ vielmehr darum den SchülerInnen die wissenschaftliche Methode (Frage – Hypothese – Experiment – Beobachtung/Fazit) näher zu bringen, damit sie lernen diese selbstständig anzuwenden. Ihr könnt die Antwort(en)/Erklärung(en) in einem weiteren Schritt gemeinsam in Büchern, im Internet oder durch Experten-Befragung erarbeiten.

Oft werfen das Experiment und die Beobachtung (Schritt 2 & 3) neue Fragen auf. Nimm Dir die Zeit auf diese Fragen einzugehen und Schritt 2 und 3 mit Hinblick auf die neugewonnenen Erkenntnisse und mit anderen Variablen zu wiederholen. Was passiert, wenn ich weniger/mehr Essig/Natron benutze? Oder eine kleinere/größere Flasche?

 

Autor: Yves Lahur (script), Michelle Schaltz (FNR), scienceRelations
Konzept: Jean-Paul Bertemes (FNR), Michelle Schaltz (FNR); Joseph Rodesch (FNR), Yves Lahur (script)

Lade Dir diese Experimentbeschreibung vollständig oder in Kurzfassung als PDF Datei herunter. 

Infobox

Hintergrundwissen

Natron (Natriumhydrogencarbonat, NaHCO3) reagiert mit Essig (CH3COOH) unter heftigem Schäumen zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O). Außerdem entsteht Natriumacetat: NaHCO3 + CH3COOH --> CO2 + H2O + CH3COONa. Durch das entstehende Gas (CO2) baut sich in der Rakete ein hoher Druck auf. Wenn der Korken dem Druck nicht mehr standhalten kann, fliegt er aus der Flasche. Das Gas strömt aus und treibt dabei die Rakete per Rückstoß an. Nach dem Prinzip 'Kraft gleich Gegenkraft' bewegt sich die Rakete mit der gleichen Kraft nach vorne, mit der das Gas nach hinten ausgestoßen wird.

Einen Antrieb mit Rückstoß kannst Du auch beobachten, wenn Du einen Luftballon aufbläst und ihn dann loslässt: die Luft entweicht durch den Druck, den der gedehnte Ballon auf die Luft ausübt. Während sich der Ballon wieder zusammenzieht, strömt die Luft aus und der Ballon bewegt sich in die der Ausströmrichtung entgegengesetzten Richtung.

Der Rückstoßantrieb ist eine praktische Anwendung des dritten Newtonschen Gesetzes. Isaac Newton war ein englischer Naturforscher (1643-1727), der die drei Grundprinzipien der Bewegung formuliert hat, die sogenannten Newtonschen Gesetze oder Newtonschen Axiome. Das dritte Newtonsche Gesetz wird auch Gegenwirkungsprinzip oder Actio gleich Reactio (lat. actio est reactio, 'Kraft gleich Gegenkraft') genannt. Es besagt, dass Kräfte immer paarweise auftreten. Wenn ein Körper A auf einen Körper B eine Kraft ausübt (Actio), wirkt eine gleichgroße, aber entgegen gesetzte Kraft von Körper B auf Körper A (Reactio).

Wie das Prinzip Kraft gleich Gegenkraft wirkt, kannst Du auch an zwei Inlineskatern beobachten, die mit einem Seil verbunden sind. Wenn nur einer an dem Seil zieht, treffen sich die beiden in der Mitte. Der erste Inlineskater zieht sich mit der gleichen Kraft an den zweiten Inlineskater heran, mit der der zweite an den ersten herangezogen wird. Auch wenn nur der zweite an dem Seil zieht, treffen sich beide in der Mitte. Genau dasselbe passiert, wenn beide an dem Seil ziehen. Beim Rudern wird durch die Paddel das Wasser nach hinten gedrückt (Actio). Das Boot bewegt sich nach vorne (Reactio).

Auch die Anziehungskraft der Erde hat eine Gegenkraft. Wenn Du einen Gegenstand wie eine Münze in der Hand hältst, spürst du ihr Gewicht durch die Anziehungskraft der Erde (Actio). Dieselbe Kraft übt auch die Münze auf die Erde aus (Reactio). Bei den Größenverhältnissen zwischen Erde und Münze fällt die Anziehungskraft der Münze auf die Erde aber kaum auf.

Erweitertes Experiment

Ersetze die Bleistifte durch drei Raketenflügel aus Karton. Sie sollten in etwa halb so groß sein wie die Flasche und folgende Form besitzen:

 https://www.science.lu/sites/default/files/styles/large/public/backpulrak2.jpg?itok=MG8gs7Du

Klebe die Flügel mit einer Heißklebepistole auf die Flaschenkonstruktion. Für eine detailliertere Beschreibung schau Dir folgendes Video an: Lasse mit Backpulver und Essig eine Rakete fliegen.

Ausflugsziele in Luxemburg und Umgebung zu diesem Thema

Das Science Center in Differdange bietet pädagogische Aktivitäten zum Thema Gase/Druck an, die als Erweiterung zu diesem Experiment dienen können. Hier findest Du die Kontaktdaten, um Dich über die Angebote zu informieren:
Tel: (00352) 288 399-1
Email: / reception@science-center.lu
Webseite: http://www.science-center.lu

Hier findest Du weitere Links zu Wissenschaftskommunikatoren und Workshop-Anbietern.

Bietet Deine Institution auch pädagogische Aktivitäten in diesem Bereich an und möchtest Du auf science.lu verlinkt werden? Dann nimm bitte hier Kontakt mit uns auf.

SciTeach Center: Experimentiermaterial & forschend-entdeckendes Lernen

Im SciTeach Center können sich LehrerInnen Info-, Experimentier- und Expositionsmaterial ausleihen und sich mit dem schülerInnenzentrierten „forschend- entdeckenden“ Lernen vertraut machen.

Während unsere Rubrik darauf abzielt, den SchülerInnen die naturwissenschaftliche Methode anhand einer Anleitung näher zu bringen, geht es beim Konzept vom schülerInnenzentrierten forschend-entdeckenden Lernen darum, den SchülerInnen selbst mehr Gestaltungsmöglichkeiten zu geben. Du gibst als LehrerIn nur ein paar Materialien oder Fragen vor. Die SchülerInnen entscheiden dann selbst, für was sie sich interessieren oder was sie ausprobieren wollen. Als LehrerIn begleitest und unterstützt Du sie dabei.

Im SciTeach Center soll das Kompetenzlernen im naturwissenschaftlichen Unterricht gefördert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, bietet das SciTeach Center LehrerInnen die Möglichkeit, gemeinsam mit anderen LehrerInnen und dem wissenschaftlichen Personal des SciTeach Centers neue Ideen und Aktivitäten für ihren naturwissenschaftlichen Unterricht zu entwickeln. Durch diese Zusammenarbeit soll auch das Vertrauen in den eigenen Unterricht gestärkt und mögliche Ängste gegenüber freiem Experimentieren abgebaut werden. Betreut werden die Veranstaltungen von wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen der Universität Luxemburg sowie von zwei Lehrerinnen.

Die Ausarbeitung dieser Rubrik wurde von science.lu in Kooperation mit dem Script (Service de Coordination de la Recherche et de l´Innovation pédagogiques et technologiques) durchgeführt.

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