Experimentelle Arbeitsmethode
Halbmikrotechnik

Dr. Klaus-G. Häusler

 

Inhaltsverzeichnis:

1. Ziel und Zweck
2. Sicheres und Sachgerechtes Arbeiten
3. Halbmikrotechnik
4. Ersatzstoffe
5. Verbreitung im Einsatz

 
Ziel und Zweck:  
 

Ziel ist es, Schülerinnen und Schüler

  • den verantwortlichen Umgang mit Stoffen und
  • besonders mit Gefahrstoffen
  • durch eigenes Handeln

erlernen zu lassen.

 

1. Sicheres und sachgerechtes Arbeiten

 

Schülerinnen und Schüler lernen bei jeder Gelegenheit, ob bei Demonstrationsversuchen oder eigenen Experimenten. Wichtig ist in jedem Fall, dass sicher und sachgerecht mit den Stoffen ungegangen wird. Das gilt besonders für den Lehrenden, weil Kinder in jungen Jahren besonders durch Imitation lernen. So Erlebtes kann dann sinnvoll in die Planung eigener Experimente übernommen werden.

Wenn eine große Zahl von Schülerinnen und Schülern gleichzeitig experimentieren, steigt das Risiko überproportional an. Während der Lehrende eine oder zwei Schülergruppen noch im persönlichen Kontakt zum sicheren Arbeiten anleiten kann, ist das bei 8 Schülergruppen zu je vier Schülern, wie es im heutigen Klassenverband häufig vorkommt, nicht mehr möglich. Hier ist es hilfreich, wenn die Experimente von der Planung her bereits ein Maximum an Sicherheit beinhalten.

Sicheres Arbeiten:

Stoffe können nur miteinander reagieren, wenn sie sich berühren. Im Prinzip reicht es also, sich von Stoffen fernzuhalten. Das ist letztlich nicht möglich, da "Leben" unbedingt mit "Stoffwechsel" verbunden ist. Auch würde es durch konsequentes Fernhalten von unbekannten Stoffen nicht möglich sein, Forschung zu betreiben. "Weglaufen" reicht nicht! Sucherheit beim Umgang mit Gefahrstoffen muss anders gewährleistet werden.

Die Sicherheit wird durch Verwendung geschlossener Systeme erreicht. Innerhalb der Apparatur gilt es dafür zu sorgen, dass sich Stoffe nicht versehentliches kontaktieren, sondern nur unter gewollten und kontrollierten Umständen. Deshalb werden zwischen den Stoffen "Puffervolumen" vorgesehen.

Die nach außen abgeschlossen Apparaturen verhindern, dass gefährliche Gase nicht unabsichtlich freigesetzt werden können. Das erreicht man auch hier durch Bereithalten von "Reservevolumen".

Der "Abzug" im chemischen Labor ist nicht Bestandteil eines korrekt geplanten Experimentes, er dient lediglich als redundante Sicherheitsmaßnahme zum unmittelbarem Schutz des Experimentator ebenso wie Schutzbrille und Schutzhandschuhe.

Das so Gelernte kann dann auch zur Beurteilung von Technischen Anlgen dienen. Damit wird jedermann klar, welche Maßstäbe an chemisch-technische Produktionsanlagen zu stellen sind.

Sachgerechtes Arbeiten:

Sachgerechter Umgang mit Stoffen setzt mehr als sicheres Arbeiten voraus. Sachgejedoch Sachkenntnis voraus. Liegen noch keine Informationen, gilt vorausschauend:

Der Umgang mit unbekannten Stoffen hat so zu geschehen wie mit gefährlichen Stoffen.

Es müssen die Richtlinien für den mit gefährlichen Stoffen eingehalten werden.

Den Umgang mit Gefahrstoffen und die Gestaltung des Arbeitverfahrens regelt die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) und mit Wirkung auf den Unterricht an allgemeinbildenden Schulen die Vorschrift zum Sicherheit im naturwissenschaftlichen und technischen Unterricht RiSU-NRW.

 

 

2. Halbmikrotechnik

Apparaturen im halbmikrotechnischen Maßstab sind geeignet, mit einfachen Methoden und geringen Kosten Chemie in geschlossenen Systemen auch für Schülerübungen zu gestalten. Damit ist der Unterrichtende mit der Halbmikrotechnik nicht nur in der Lage, die gesetzlichen Bestimmungen einzuhalten, sondern auch das sichere Arbeiten zum Gegenstand von Unterricht zu machen.Das Experimentiersystem nach Dr. Häusler ist geeignet die folgenden Kompetenzen zu vermitteln:

  • den experimentellen Umgang mit chemische Reaktionen
  • das Arbeiten in geschlossenen Apparaturen
  • die Verwendung kleinster Stoffportionen
  • die geeigneter Entsorgung möglichst noch in der geschlossenen Apparatur.

Durch die Halbmikrotechnik ist es möglich, sicher und sachgerecht mit Stoffen und Gefahrstoffen umzugehen.

 

 
3. Sicherheitvorschriften:  

Die Halbmikrotechnik ist besonders geeignet, die Vorgaben des Chemikaliengesetzes (ChemG), der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) und der Richtlinie für die Sicherheit im Unterricht (RiSU) zu erfüllen. Durch Verwendung kleiner Stoffportionen werden sowohl die Kosten für Chemikalien als auch ihre Entsorgung minimiert.

Wenn die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) mit ihrem Schutzstufenkonzept es ausdrücklich verlangt, erfüllt die Halbmikrotechnik in einfacher Weise die Anforderungen für die Schutzstufe 2 (Arbeiten mit minimalen Megen) und der Schutzstufe 3 (geschlossenes System).

 

 
4. Ersatzstoff  

Ein weiteres Augenmerk des Unterrichtenden muss auf der Vermeidung von Gefahrstoffen liegen. Wenn es möglich ist, die Unterrichtsziele mit Stoffen, die geringeres Gefährdungspotential besitzen, zu erreichen, so sollten diese eingesetzt werden. Solche Stoffe werden Ersatzstoffe genannt. Natürlich muss mit Ersatzstoffen weiterhin so umgegangen werden, wie es die Gefahrstoffvorschriften erfordern. Ein gutes Beispiel sind die Bemühungen um Ersatzstoffe bei Lösemitteln, bei denen eine Reihe von gefählichen Stoffen vermieden werden kann, z.B. Benzol. Nicht immer läßt sich ein Ersatzstoff finden, insbesondere dann nicht, wenn der Stoff selbst Gegenstand der Untersuchung sein muss. Auch hier ist das Benzol als Beispiel zu nennen, wenn es gilt die aromatische Substitution zu untersuchen. Bemühungen, hierfür andere Stoffe wie Azulen oder Naphthalin einzusetzen waren bislang in der Literatur nur mit mäßigem Erfolg beschrieben.

 

 
5. Verbreitung im Einsatz  

Ursprünglich wurde die Halbmikrotechnik entwickelt für den Einsatz an allgemeinbildenden Schulen für Schülerübungen. Inzwischen findet sie in steigenden Maße auch Verwendung in der Demonstration von chemischen Reaktionen in der Hand des Lehrers.

Die Halbmikrotechnik wurde auch im Wettbewerb "Jugend forscht" eingesetzt. Insbesondere für Stephen Schulz ergaben sich eine Reihe Preise und Platzierungen, darunter 2 mal der 2. Platz und einmal der 1. Platz im Bundeswettbewerb und der erste Platz im Weltwettbewerb .

Die Eignung für die Schule ist belegt durch den Einsatz in der Lehrerfortbildung des Landes NRW. Inzwischen sind inzwischen sind mehr als 250 Schulen in NRW mit der Halbmikrotechnik nach Dr. Häusler für Schülerübungen ausgestattet.

Mit den gleichen Geräten werden auch eine Vielzahl von aufwendigen Versuchen mit Gefahrstoffen in der Lehrerdemonstration durchgeführt. Diese Art der Lehrerdemonstration wird von Schülerinnen und Schülern, die durch eigenes Handeln mit den Geräten vrtraut sind, ohne Schwierigkeiten akzeptiert.
Für die Demonstration von chemischen Experimenten ist der Einsatz einer Video-Technik mit Präsentation durch einen Beamer besonders empfehlenswert. Durch die geringe Größe der Apparaturen ist es möglich kleinste Details einer großen Zusachauergruppe sichtbar zu machen.

Die Art der Präsentation von chemischen Reaktionen durch Anwendung der Halbmikrotechnik in geschlossenen Apparaturen mit Unterstützung findet nun erste Zugänge an Hochschulen und im Wissenschaftsfernsehen.

 

 

Neueste Entwicklungen der Halbmikroapparaturen erschließenden präparativen Bereich in Forschung und Wissenschaft. Hierbei wird die Halbmikrotechnik mit dem Arbeiten in geschlossenen Systemen um drei Bereiche erweitert.

  1. Erweiterung des präparativen Arbeitens unter Schutzgas ( Schlenk-Technik), um luft- und feuchitgkeitsempfindliche Stoffe synthetisieren zu können.
  2. Vergrößerung des Stoffumsatzes auf über 10 mmol, um präparatives Arbeiten und mehrstufige Synthesen durchführen zu können.
  3. Hinzunahme der Elektrochemie und Steigerung der Minimierung durch die Platinentechnik.
    Dabei werden die kurzen Wege und schnelleren Umsetzungzeiten bei gleichzeitiger Durchflusstechnik genutzt.

 

 

 

02.08.2008