IJSO 2020 - Alles Tinte! - Science Olympiaden
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Stand:30.10.2019
IJSO2020–AllesTinte!
Lehrerbegleitheft
Zusammengestelltvon
Dr.StephanieSchmidtͲGattung
PDDr.HeidePeters
IPN—LeibnizͲInstitutfürdiePädagogikder
NaturwissenschaftenundMathematik,
Kiel
©InternationaleJuniorScienceOlympiade
Hinweis
DieZusammenstellungimBegleitheftverstehtsichnichtalseigenständigerAutorenͲ
beitrag.
UmIhnendenEinstiegindieThemendereinzelnenVersuchezu erleichtern,wurde
hiereinZusammenschnittvonRechercheergebnissen erstellt. Dabei beginnen die
KapitelzudeneinzelnenVersuchenjeweilsmitInformationen,diefürbetreuende
Lehrkräfte hilfreich sind. Zu jedem Versuch gibt es dann aber weiterführende
Informationen,IdeenfürweitereVersuche,odereineweiterführendeBeschäftigung
mit dem Thema, auch über die Grenzen des Naturwissenschaftlichen Unterrichts
hinaus.
EinigeTextanteilesind,nurgeringfügigumformuliert,ausverschiedenenim
VerzeichnisangegebenenQuellenübernommenworden.
DieBegleitmaterialienwerdenIhnenzumpersönlichenGebrauchimRahmender
WettbewerbsbetreuunginderInternationalenJuniorScienceOlympiadezurVerͲ
fügunggestellt.
Hinweis:AlleimTextangegebenenLinkswurdenam30.10.2019aufihreAktualität
geprüft.
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite2|36
Inhalte
Teil A FörderkonzepteundTippszurWettbewerbsarbeit 05
A0 AllgemeineHinweisefürWettbewerbsbetreuende 05
A0.1 MINTͲSchülerwettbewerbe–denEinstiegleichtgemacht 06
A0.2 WettbewerbsarbeitinderIJSO 08
Teil B BetreuungderExperimente 10
B0 Einführung–BeschaffungderMaterialien 10
B0.1 Einleitung 10
B0.1 MateriallistemitErläuterung 10
B1 Experiment1–Tintentod 11
B1.1 PraktischeHinweisezurDurchführung 11
WieisteinTintenkillerstiftaufgebaut?
WieöffneichdasGehäusedesTintenkillerstifts?
WoraufmussichbeiderHerstellungdes„Tintenwassers“achten?
WassollteichbeiderweiterenDurchführungdesExperimentsbeachten?
B1.2 Hintergrundwissen 12
WarumistFüllertinteblau?
WiewirddieTinteunsichtbar?
WiekannichdieTintenachdemLöschenwiedersichtbarmachen?
B1.3 VertiefungͲWermehrwissenwill 13
ElektromagnetischeWellen
SichtbaresLichtundWahrnehmungvonFarben
TriphenylmethanͲFarbstoffe
Fluoreszenz
Geheimtinten
B2 Experiment2–Tintendurst 16
B2.1 PraktischeHinweisezurDurchführung 16
WoraufsollteichbeimKaufderBlumeachten?
WiebaueichdenVersuchauf?
B2.2 Hintergrundwissen 16
WieunterscheidensichTulpenundRosen?
WietrinkenPflanzen?
B2.3 VertiefungͲWermehrwissenwill 17
WiekannWassernachobenfließen?
WiekanneineSchnittblumeauchohneWurzel“überleben”?
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B3 Experiment3–Tintentreffen 19
B3.1 PraktischeHinweisezurDurchführung 19
FunktioniertesmitjedemTeller?
WoraufsollteichbeimFärbenderZuckerwürfelachten?
VorsichtbeimdrittenZuckerwürfel!
B3.2 Hintergrundwissen 19
WaspassiertmitdemZuckerimWasser?
…undwasistmitderTinte?
B3.3 VertiefungͲWermehrwissenwill 20
WieschnelldiffundiertderZucker?
B4 Experiment4–Tintenfieber 21
B4.1 PraktischeHinweisezurDurchführung 21
WoraufmussichbeimBaudesFlaschenthermometersachten?
WasmussichbeiderTemperaturmessungbeachten?
B4.2 Hintergrundwissen 21
WiefunktionierteinThermometer?
KannmanmitWasserTemperaturmessen?
B4.3 VertiefungͲWermehrwissenwill 23
SchlechtfürThermometer,abergutfürFische
B5 Experiment5–Tintenschwarz 24
B5.1 PraktischeHinweisezurDurchführung 24
WiekocheichdenstarkenschwarzenTee?
WiestelleichdasEisenpräparatͲPulverher?
WiefunktioniertdasTropfenaufeinFilterpapier?
B5.2 Hintergrundwissen 24
WasistSepiaͲTinte?
WasistEisengallustinte?
WieunterscheidensichblaueundschwarzeFüllertinte?
B5.3 VertiefungͲWermehrwissenwill 25
TintebeimTintenfisch
TeilC WeiterführendeExperimente–Arbeitsblätter 27
C1 ArbeitsblattzuExperiment1:GeheimtinteausKastanienzweigen 28
C2 ArbeitsblattzuExperiment2:WassertransportinPflanzen 30
C3 ArbeitsblattzuExperiment5:Papierchromatographie 32
TeilD ForscherfragenundProjektarbeit 33
TeilE Quellennachweis 35
E0 Literatur 35
E1 Linksammlung 35
E3 Bildnachweis 36
Anhang Aufgabenblatt2020
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Teil A FörderkonzepteundTippszurWettbewerbsarbeit
A0 AllgemeineHinweisefürWettbewerbsbetreuende
EineWettbewerbsteilnahmeisteineChancefüralle,fürdieTeilnehmenden,neueFelderzuentdeckenundmit
den Herausforderungen und Erfolgen zu wachsen, für die Betreuenden, ihre Schülerinnen und Schüler in
diesemProzessbegleitenzudürfenundAnregungenfürdennaturwissenschaftlichenUnterrichtzubekommen.
Und diese Chance sollte jedem offen stehen, auch wenn einige feststellen, dass sie kein Interesse an einer
weiterenTeilnahmehaben.AberdannfußtdieseEntscheidungaufeinerkonkretenErfahrungundhatihren
eigenenWert.
AusdiesemGrundplädierenwirimmerdafür,eineWettbewerbsteilnahmeinderIJSOmitderganzenKlasse
oder einem Kurs durchzuführen und für ein nachhaltiges Förderkonzept möglichst früh mit der
Wettbewerbsarbeit zu beginnen. Forschung heute wird inTeams geleistet. Auch deshalb zählen in derIJSO
nichtnurEinzelleistungen,sondernesgibtGelegenheitzurTeamarbeit.
DasbetrifftauchdieBetreuungsarbeit.SuchenSiesichKolleginnenundKollegenausBiologie,Chemieoder
PhysikundregeneinegemeinsameWettbewerbsarbeitan.SorgenSiedafür,dassderWettbewerbeinenfesten
OrtanihrerSchuleundimCurriculumfinden.DannwerdenautomatischdieKolleginnenundKollegen,diein
diesemJahrgangunterrichten,indiePflichtgenommenunddieLastenverteilensichaufmehrereSchultern.
Sind Sie stärker an einer systematischen Implementierung der Wettbewerbsarbeit in Unterricht und Schule
interessiert,informierenSiesichdochaufunsererWebsitezurInitiative“NaWigatorinderIJSO”.
Als Aufgabenwettbewerb sind die Antwortformate, auch aus Gründen der Bewertung, eher geschlossen.
DennochisteinzentralesElementinderIJSOforschendesLernenunddieInspirationnichtbeidengestellten
Fragenstehenzubleiben,sondernimVerlaufderBearbeitungeigeneFragenzuentwickelnundggf.ineigenen
Projektenweiterzuvertiefen.DaserforderteinhohesMaßanselbstständigemArbeiten,aberauchdenSchritt
zurKommunikationmitExperten.UnserAngebotverstehtsichauchalsTüröffneraufdemWegzurVernetzung
mitanderenFörderangebotenimMINTͲBereich.
NocheinWortineigenerSache:DieIJSOwurdeinternationalin2004gegründet.Wirfreuenuns,2020den
internationalen Wettbewerb erstmals im eigenen Land ausrichten zu dürfen. Vom 02. bis 12. Dezember
erwartenwiretwa900Gästeaus50Nationenzur17thInternationalJuniorScienceOlympiadinFrankfurtam
Main. Die Wettbewerbsteilnehmenden mögen dies mit einem lachenden und einem weinenden Auge
wahrnehmen,dadieinternationaleReise“nur”nachFrankfurtführt.AberesbietetallenFreundenderIJSOdie
Chance,beidiesemEreignisalsGastgebermitdabeizuseinundunsbeiderOrganisationzuunterstützen.Mehr
Informationengibtesunterwww.ijso2020.de.
Das vorliegende Begleitheft für Wettbewerbsbetreuende soll Sie in Ihrer Wettbewerbsarbeit unterstützen.
BetreuenSieerstmalsineinemSchülerwettbewerbfindenSieinTeilAeineganzeReihepraktischerTippszum
Einstieg, insbesondere auch zu Förderstrategien und Einbindung der Wettbewerbsarbeit in den Unterricht.
WettbewerbserfahrenekönnendiesenTeilüberspringenundfindeninTeilBzunächstzujedemExperiment
HinweisezurBeschaffungvonMaterialien,zurDurchführung,gefolgtvonHintergrundwissenundAnregungen
zur Vertiefung, für diejenigen, die mehr wissen wollen. In Teil C gibt es Arbeitsblätter zu weiterführenden
ExperimentenundinTeilDAnregungenzuForscherfragenundProjektarbeiten.AufgabenblattundTermine
befindensichimAnhang.
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A0.1 MINTͲSchülerwettbewerbe–denEinstiegleichtgemacht DasAngebotanSchülerwettbewerbenindenNaturwissenschaftenistbuntundvielfältig,einedidaktische NischefürNachwuchsförderungundberuflicheOrientierung.WieaberentscheideichmichalsLehrkraft fürdengeeignetenWettbewerb? Bevor Sie die Büchse der Pandora öffnen widmen Sie sich der Frage, was Sie mit einer Wettbewerbsteilnahme erreichen wollen. Für Abwechslung im Unterricht sorgen und für Naturwissenschaftenbegeistern?SchülerinnenundSchülermitPotenzialfördern?Reiztdassportliche Kräftemessen oder geht es um fachliche Expertise und forschendes Lernen? Soll der Klassenverband durch Teamarbeit gestärkt werden? Je genauer Ihr Förderkonzept gefasst ist, umso leichter fällt die Auswahl. WieentscheideichmichfüreinenWettbewerb? SichtensiedasPortaldesBundesministeriumsfürBildungundForschungunterdemStichwort„JugendͲ wettbewerbe“undrecherchierenSieunter„Begabtenförderung“oder„Schülerwettbewerbe“aufden BildungsservernderLänder.SuchenSieimBegabungslotsenoderbeim„DeutschenBildungsserver“.Die Arbeitsgemeinschaft bundesweiter Schülerwettbewerbe hat Qualitätsstandards entwickelt, zu deren Einhaltung sich ihre Mitgliedswettbewerbe verpflichten. Die KMK hat „Qualitätskriterien für SchülerͲ wettbewerbe“beschlossenundführteineListevonWettbewerben,diesiealsempfehlenswerteinstuft. PrüfenSiediePassungIhresFörderkonzeptsmitdemProfildesWettbewerbs.CheckenSie,obIhrWettͲ bewerb die Qualitätskriterien erfüllt. Welche Leistungen verlangt der Wettbewerb den Jugendlichen, aber auch Ihnen ab? Stehen Wettbewerbsfristen in Konflikt mit wichtigen schulischen Terminen? SchätzenSieBetreuungsaufwandundbenötigteRessourcenrealistischab.EntscheidenSiesichfürden Wettbewerb,derSiepersönlichbegeistert.SoistdieChancegroß,dassderFunkeaufdieBeteiligten überspringt. WiewerbeichfüreineTeilnahme? DieInitiativeliegtbeiIhnen,nurplakatierenreichtnicht.StellenSiedenWettbewerbimUnterrichtvor, odernochbesser,lassenSieWettbewerbsteilnehmendevonihrenErfahrungenberichten.TeilenSiein einemElternbriefmit,dassSiedasKindmiteinemZusatzangebotfördernmöchten.BerichtenSiebeim Elternabend.FührenSieaufderHomepagederSchuleeineRubrikmitallgemeinenInformationenzu Wettbewerbsangeboten ein. Informieren Sie regelmäßig über aktuelle Teilnahmen und Wettbewerbserfolge. BeginnenSiefrühmitderWettbewerbsarbeit.BahnenSieWettbewerbsteilnahmenan,indemSieWettͲ bewerbsaufgabenausdenVorjahreninIhrUnterrichtsangebotaufnehmen.Grundschulkinder,diean die weiterführende Schule wechseln, sind begeisterungsfähig. Nutzen Sie diesen Elan im Sinne einer nachhaltigenFörderung.StimmenSiedieKindervorBeginnauferfüllbareErwartungenein.Vermitteln Sie,dassdasDurchhaltenundeinProdukteinreichenschongroßartigeErgebnissesind. Wieunterstützeich? BeschränkenSiesichaufHilfezurSelbsthilfe.FüreinepositiveAttribuierungihrerErfolgesolltenTeilnehͲ mendesichalsautonomundselbstwirksamerleben.EinigeWettbewerbebietenMaterialienfürWettͲ bewerbsbetreuendeoderaucheigensFortbildungenan. WettbewerbeverlangenhäufigeinEngagementüberWochen,manchmalMonate.UnterstützenSieIhre Teilnehmenden,indemSiedenZeitraummitEtappenzielenstrukturieren.BekundenSieInteresseam FortgangderArbeitundfordernSieein,dassErgebnisseunmittelbarnotiertund„zuPapiergebracht“ werden. WettbewerbsarbeitimUnterricht? EntlastenSiesichunddieTeilnehmenden,indemSieWettbewerbsteilnahmenzumfestenBestandteil vonUnterrichtundschulischemLebenmachen.LassenSieExperimenteimFachunterrichtdurchführen, geben Sie Recherche und Dokumentation portioniert als Hausaufgabe. Öffnen Sie im NachmittagsangebotRäumefürWettbewerbsarbeitinKleingruppen. DefinierenSieTeiledesWettbewerbsalsverbindlicheUnterrichtsleistung,dieindieNoteeingeht.Wer mehrwill,kannmehrtun.WettbewerbserfolgewerdenmiteinemZeugniseintraggewürdigt.Vernetzen SiesichimKollegiumundbauenSieeinnachhaltigesWettbewerbskonzeptüberalleKlassenstufenauf. ©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite6|36
TippsfürdenAnfang
BeginnenSiemiteinerkleinenSchülergruppe.HängenSiedieErwartungennichtzuhoch.Allemüssen
sich erst mit den Abläufen vertraut machen. Binden Sie erfahrene Schülerinnen und Schüler und
ehemaligeTeilnehmendeindieBetreuungein.EvaluierenSiedieArbeitundsteckenSieneueZiele–und
gebenSiejedemWettbewerb,bevorSieihnabschreiben,mindestenseinezweiteChance!
WiewähleicheinengeeignetenWettbewerbaus?
1. KlärenSiezunächsteigeneZiele/Förderkonzepte,dieSiemiteinerWettbewerbsteilnahmeverfolgen.
2. VerschaffenSiesicheinenÜberblicküberWettbewerbsangeboteundprüfenSiedieQualität.
3. SortierenSieeinmaligeWettbewerbsͲangeboteaus.SieeignensichinderRegelnichtfürdenAufbaueines
nachhaltigenFörderkonzepts.
4. TreffenSieeineVorauswahlundfragenSieimKollegenkreisnach,woesbereitsErfahrungenmitdenausgeͲ
wähltenWettbewerbengibt.
5. InformierenSiesichaufderWebseitedesOrganisators,wiediePassungzwischendemWettbewerbsprofil
undIhrenFörderzielenist.WendenSiesichmitFragenggf.direktandieWettbewerbsorganisatoren.
6. VerschaffenSiesicheinenÜberblick,wasvondenTeilnehmendenundvonIhnenanLeistungenerwartetwird
undtreffenSieanschließendIhreWahl.
Quelle[nachH.Peters&B.Sieve(2013):FordernundFördernmitWettbewerben.NiUChemie,136,24,S.8.]
QualitätskriterienSchülerwettbewerbe
GuteSchülerwettbewerbe
x förderndiepersönlicheEntwicklungderSchülerinnenundSchüler
x unterstützenbesondereBegabungen
x motivierenSchülerinnenundSchüler,aberauchLehrkräftezuzusätzlichemEngagement
x beinhaltenUnterstützungssystemefürdieTeilnehmenden
x weiseneinpädagogischundwissenschaftlichbegründetesKonzeptaus,dasvonExpertenbegleitet
wird
x habeneineJury,dieinderBeurteilungtransparentist
x gebenAnregungenüberdenWettbewerbhinaus
x fördernSchülerinnenundSchülernachhaltig,indemsielangfristigmotivieren
x liefernauchdenSchulenunddenLehrkräftenImpulsefürdieUnterrichtsgestaltungdurchdie
EinbindungdesWettbewerbsbzw.derWettbewerbsinhalteindenUnterricht
x fördernvorallemgesellschaftlichbedeutsameLeistungen
x sorgenfüröffentlicheAnerkennung
x unterstützenundmotivierendieTeilnehmendeninihrerWettbewerbsleistungmitangemessenen
AuszeichnungenoderPreisen
x beachtendieGrundregelndesDatenschutzes
Quelle:[nachArbeitsgemeinschaftbundesweiterSchülerͲwettbewerbewww.bundeswettbewerbe.de/fileadmin/
user_upload/agbswͲguteSchuelerwettbewerbe.pdf[Stand:27.1.2017]undGreiffenstein,J.v.(2007)WettbeͲwerbeinKonkurrenz.
KlettͲThemendienst38(5/2007),S.7]
Peters,H.(2017)MINTͲSchülerwettbewerbe–denEinstiegleichtgemacht.MINTZirkel,Juni2017,11,KlettMINTGmbH.
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A0.2 WettbewerbsarbeitinderIJSO
TeilnahmebedingungenundRegistrierung
AmAuswahlwettbewerbzurIJSO2020teilnehmenkann,wereineallgemeinͲoderberufsbildendedeutsche
Schule (im Bundesgebiet) besucht und nach dem 31. Dezember 2004 geboren ist (Geburtsjahr 2005 oder
jünger). Wer im Rahmen einer Arbeitsgemeinschaft oder im KlassenͲ bzw. Jahrgangsverband an der IJSO
teilnimmtundvordem01.Januar2005geborenist,kannmaximalandenerstendreiWettbewerbsrunden
teilnehmen und nicht zum Bundesfinale zugelassen werden. Auch an der Hochschule voll immatrikulierte
StudierendesindvoneinerTeilnahmeamBundesfinaleausgeschlossen.
DieAufgabendererstenRundesindvondenTeilnehmendeneigenverantwortlichohnefremdeHilfezulösen.
Die Experimente dürfen nur in Gegenwart eines Erwachsenen durchgeführt werden. Dabei ist auf die
EinhaltunggängigerSicherheitsmaßnahmenunddasTragenangemessenerSchutzkleidungzuachten.
Gemeinschaftslösungen von Teilnehmenden sind in der ersten Runde zulässig. Die Gruppenstärke darf
maximaldreiPersonenumfassenunddieNamenderamTeambeteiligtenSchülerinnenundSchülermüssen
kenntlich gemacht werden. Jeder Teilnehmende, auch Gruppenmitglieder, müssen sich einzeln
registrieren.Dafür benötigt jeder Teilnehmende eine eigene gültige EͲMailͲAdresse. Betreuen Sie größere
Schülergruppen oder jüngere Teilnehmende, empfiehlt es sich, die Anmeldung mit Zustimmung der
ErziehungsberechtigtengemeinsammitdenTeilnehmendenvorzunehmen.
HinweisezurBetreuungundMusterlösung
MitIhrerRegistrierungalsbetreuendeLehrkraftsolltenSienebendemBegleitheftfürBetreuendeauchdie
Musterlösung zur Aufgabenrunde erhalten haben. Falls nicht, wenden Sie sich direkt an die
BundesgeschäftsstellederIJSO.SieerhaltendenErwartungshorizontbereitszumWettbewerbsstart,damit
SieschonwährendderSchülerbetreuungsphaseabschätzenkönnen,inwelcherTiefewireineBeantwortung
derFrageerwarten,undSieIhreTeilnehmendenansprechenkönnen,fallssiebeispielsweisedieZielrichtung
einerFragestellungmissverstandenhabensollten.
DieAufgabendererstenRundesindsoangelegt,dasssieineinemZeitraumvondreiWochenvollständig
bearbeitetwerdenkönnen.DasgibtIhnendieMöglichkeit,imZeitfenstervonNovemberbisMitteJanuar
entsprechendderAbläufeinIhremSchuljahrmitIhrenTeilnehmendenflexibeleinenverbindlichenStartͲund
Abgabeterminfestzulegen.PlanenSiedabeiausreichendZeitfürdieBewertungderAusarbeitungenunddie
ÜbermittlungderBewertungsergebnisseein.
LegenSiekeinenanderenTerminfest,giltalsStichtagfürdieEinreichungderAusarbeitungender15.Januar
2020.EntscheidendfürdieIJSOͲGeschäftsstelleistderStichtagfürdieOnlineͲÜbermittlungderBewertungen
zurerstenWettbewerbsrundeimFebruar.
BewertungundÜbermittlungderErgebnisse
DieMusterlösungmitErwartungshorizontundBewertungsschlüsselunterstütztSiebeiderBewertungder
eingereichten Schülerausarbeitungen. Ihre Bewertungsergebnisse übermitteln Sie nach Aufforderung
ebenfallsonlineüberdasAnmeldeportal.
Bevor Sie mit der Eintragung Ihrer Bewertungsergebnisse beginnen, prüfen Sie bitte, ob alle Ihre
TeilnehmendenkorrektIhremProfilzugeordnetsind.SolltenSieFehlerinderZuordnungentdecken,setzen
SiesichbitteumgehendübereineNachrichtansekretariat@ijso.infomitunsinVerbindung.ZumAbschluss
der Wettbewerbsrunde werden alle Wettbewerbsteilnehmenden informiert und können ihre eigene
PlatzierungübereinEinloggenimPortaleinsehen.
Alle Wettbewerbsbetreuenden werden regelmäßig mit Rundmails über Termine und weitere Abläufe der
WettbewerbsrundensowiedieErfolgeihrerWettbewerbsteilnehmendeninformiert.WichtigeInformationen
undWettbewerbsmaterialienauchfrühererWettbewerbsjahrefindensieunterwww.ijso.info.
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WievielUnterstützungdarfichgeben?
AndersalsbeiSchulͲoderHausarbeitensinddieAufgabensokonzipiert,dassInhalteundKonzepteberührt
werden, die bisher nicht im Unterricht behandelt wurden und eigenständige Recherche verlangen. Auch
erwartenwirnicht,dassTeilnehmendealleAufgabenvollständiglösenwerdenkönnen.
WirwerdenimmerwiedervonBetreuendengefragt,wievielUnterstützungsieinderAufgabenrundegeben
dürfen.AusunsererSichtdürfenSiegernTeilnehmendeaufLiteraturoderandereQuellenhinweisen,die
ihnen den Zugang für eine eigenständige Recherche zu bestimmten Themenbereichen oder Konzepten
erleichtern, vor allem auch, wenn sie den Schülerinnen und Schülern aus dem Schulunterricht noch nicht
bekanntsind.AllerdingssolltenSiedavonAbstandnehmen,Teilnehmendegezieltdaraufhinzuweisen,wenn
TeileihrerAusarbeitungenfehlerhaftsind,odergardavon,Lösungsansätzeselbstvorzuschlagen.
BetreuenSieWettbewerbsneulingeoderKinderinderAltersgruppebis12JahreempfehlenwirinderRegel,
die Teilnahme zunächst auf die erste Wettbewerbsrunde zu begrenzen und die Teilnehmenden eine
altersangemessene Auswahl von Teilaufgaben bearbeiten zu lassen. Teilen Sie Ihren Teilnehmenden ihr
Bewertungsergebnis bezogen auf die maximale Punktezahl mit, die sie in den von Ihnen ausgewählten
Aufgabenteilenhättenerreichenkönnen.
Wirfreuenuns,wennSieunsberichten,welcheErfahrungenSiemitderBetreuungIhrerSchülerinnenund
SchülerinderIJSOgesammelthaben.FürFragenstehenwirgernzurVerfügung.
VielSpaßundErfolgwünscht
IhrIJSOͲTeamamIPNKiel
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Teil B BetreuungderExperimente
B0 Einführung–BeschaffungderMaterialien
B0.1 Einleitung
DieExperimentesindsoausgelegt,dassdiemeistenMaterialienineinemHaushaltverfügbaroderinden
SammlungenderFachschaftNaturwissenschaftenandenSchulenvorhandenseinsollten.
Für die Versuche werden ein Tintenkiller (Experiment 1) sowie blaue, rote und schwarze Tinte benötigt.
TintenkillerundTintenpatronenlassensichinSchreibwarenabteilungenvonEinkaufsmärktenoderDrogerien
beschaffen. In kleinen Fässern zu 30 mL gibt es farbige Tinte auch in Schreibwarengeschäften oder
Büromärkten.Dieseempfehlensichbesonders,wennSiegrößereSchülergruppenbetreuen.BeimÖffnenvon
Tintenpatronen ohne Füllfederhalter muss man entsprechend vorsichtig vorgehen, damit die Tinte nicht
herausspritzt.TropfpipettenerhaltenSieeinzelninApotheken.ManchmalbekommtmansiemitdemHinweis
aufdenVerwendungszweckauchkostenlosgestellt.AlsGefäßeeignensichkleineGläser,Messbecheroder
wennvorhandenkleineBechergläser.
Experiment2lässtsichbessermitTulpendurchführen.DieSchnittesindleichterdurchzuführenalsbeiden
festerenRosenstängeln.AußerdemsindinTulpendieLeitbündelimganzenQuerschnittgleichmäßigverteilt,
sodassdieFarbdifferenzierungwährenddesExperimentsdeutlichersichtbarist.SolltenaberkeineTulpen
verfügbar sein, lässt sich das Experiment auch mit Rosen durchführen. In jedem Fall sollten möglichst
weißblühendeBlumenverwendetwerden,weilnurdortdieTintegutsichtbarwird.BeimSchneidenz.B.mit
einemObstmessersolltendieJugendlichenbeaufsichtigtwerden.
Das Experiment 4 ist optimiert auf Trinkhalme mit einem Durchmesser von 6 Millimetern. Kleinere oder
größereDurchmesserwirkensichaufdenHubderFlüssigkeitssäuleausundkönnendazuführen,dassdie
Abstände der Skalierung entweder zu gering werden oder die Länge des überstehenden Trinkhalms nicht
ausreicht,umbeiAusdehnungdieFlüssigkeitssäulevollständigzufassen.AlsKnetmassezumAbdichtendes
Thermometers eignet sich am Besten Knetgummi, ein verformbarer Radiergummi, der sich in
Schreibwarenabteilungenfindenlässt(z.B.FaberͲCastelloderandererHersteller,ca.0,99€Ͳ1,89€),aberauch
PlastilinausdemBastelladen(50Grammfürca.0,90€).AlsfesterPapierstreifeneignetsichbeispielsweise
einelinierteKarteikarte(DINA6),diemanmittigteilt.
ZurHerstellungderTinteinExperiment5sollteeineisenhaltigesNahrungsergänzungsmittelgewähltwerden,
dasnureinenWirkstoffenthältundaufweitereInhaltsstoffeverzichtet.HiereignensichPräparatewieEisen
Verla, Ferrosanol oder Tardyferon, die in der Apotheke oder in Drogeriemärkten erhältlich sind. Da die
Eisenpräparate relativ teuer sind und man nicht viel Material benötigt, lohnt es sich vielleicht im
Bekanntenkreiszufragen,weraufgrundeinesEisenmangelsnichtmehrbenötigteResteanEisenpräparaten
hatunddiesezurVerfügungstellenwürde.
B0.2MateriallistemitErläuterungen
FüralleExperimentewerdenbenötigt:
Tinte(blau,rot,schwarz),Tropfpipette,diverseGefäße(durchsichtig)inverschiedenenGrößen,Leitungswasser
FürdieeinzelnenExperimentewerdenbenötigt:
Experiment1: 1Tintenkiller,Zitronensaft,HaushaltsschereoderanderesgeeignetesWerkzeugzumÖffnendes
Tintenkillers
Experiment2: 1Ͳ2TulpenoderRosen,1Messer,1Schneideunterlage
Experiment3: 1flacherTeller,Würfelzucker
Experiment4: 1Glasflasche(0,5Liter),1Trinkhalm(Durchmesseretwa6Millimeter,durchsichtig),festerPapierstreifen
(z.B.linierteKarteikarte),1StiftzumMarkieren,Knetmasse(Plastilin/Knetgummi),Klebeband,
Korkenzieher,Schraubenzieher,1Thermometer(Messbereich0Ͳ60GradCelsius)
Experiment5: 3BeutelSchwarztee,3TabletteneineseisenhaltigenNahrungsergänzungsmittels(z.B.EisenVerla,
Ferrosanol),Filterpapier(z.B.Kaffeefilter,vorzugsweiseweiß),1Wasserkocher,1Teelöffel,1Esslöffel,1
HaarpinseloderSchreibfeder,Schreibpapier
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite10|36B1 Experiment1ͲTintentod
B1.1PraktischeHinweisezurDurchführung
WieisteinTintenkillerstiftaufgebaut?
DerAufbaueinesTintenlöschstiftsistinAbb.B1.1.dargestellt:DasAußengehäusedesTintenlöschstiftes(a)
isteinPlastikrohrausPolypropylen.IndiesemRohrbefindensichzweiRöhrchen(d)mitjeeinemweißen
Faservlies mit Löschflüssigkeit und
einem blauen Vlies mit ÜberschreibͲ
tinte. Eine kleine Plastikkapsel (e) in
derMitteverhindertdasMischender
beiden Flüssigkeiten innerhalb des
Stifts.
AnbeidenEndendesGehäuserohres
befindensichzweiSpitzen(b,c),aus
denen ein Docht herausragt. Dieser
reicht bis in das getränkte Vlies und
saugt sich über Kapillarkräfte mit
Flüssigkeit voll. Damit der Stift nicht
Abb.B1.1ൟAufbaueinesTintenlöschstiftes austrocknet, werden VerschlusskapͲ
penaufgesetzt.
WieöffneichdasGehäusedesTintenkillerstifts?
FürExperiment1wirddasmitLöschflüssigkeitgetränkte,weißeVlies(d)inAbb.B1.1benötigt.Dafürwirddas
GehäusedesTintenkillerstiftsmiteinerrobustenSchereodereinemanderengeeignetenWerkzeuggeöffnet.
DenSchnittsetztmanambestenvonderMitteauseinenZentimeternäherzurLöschstiftseiteanundbricht
dann das Gehäuse auf. Wegen Verletzungsgefahr sollten die Schüler*innen bei diesem Arbeitsschritt
beaufsichtigtundunterstütztwerden.EbensoistderKontaktmitderLöschflüssigkeitzuvermeiden.Neben
demTragenvonSchutzhandschuhenisteshilfreich,dasVliesaneinemEndemiteinerPinzettefestzuhalten,
miteinerScherekleineStückeabzuschneidenundineinGlasmitetwasWasserfallenzulassen.Mitdem
flachenEndeeinerPinzetteodermiteinerGabellässtsichdanndieFlüssigkeitausdemVliespressen.
WoraufmussichbeiderHerstellungdes„Tintenwassers“achten?
DieblaueTintefürExperiment1kannentwederausnormalenFüllerpatronenodermittelsPipetteauseinem
Tintenfassentnommenwerden.FallseinegrößereSchülergruppedasExperimentdurchführt,empfiehltsich
aufjedenFalldieBeschaffungeinesTintenfasses.
Umsicherzustellen,dassdasTintenwasserindenGefäßen1bis3einheitlichblaugefärbtist,empfiehltessich
einegrößereMengeTintenwasserherzustellenunddiesenachUmrührensowienacheinerkurzenWartezeit
vonca.1MinuteaufdieeinzelnenVersuchsgefäßezuverteilen.DasTintenwassersolltedeutlichblaugefärbt,
abernochtransparentsein.NursokannmanimVerlaufdesExperimentsEntfärbungundRückfärbunggut
beobachten.
WassollteichbeiderweiterenDurchführungdesExperimentsbeachten?
Nach Zugabe der Tintenlöschflüssigkeit ist kein sofortiger Farbumschlag zu beobachten, der Vorgang der
EntfärbunglässtsichübereinenZeitraumvoneinerMinutegutverfolgen.ZurWiederherstellungderblauen
FarbeeignetsichderSafteinergepresstenZitrone,aberauchZitronensaftausKonzentratoderTafelessig.
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite11|36B1.2Hintergrundwissen
WarumistFüllertinteblau?
Am häufigsten werden an Schulen Füllfederhalter mit Tintenpatronen der Farbe Königsblau verwendet.
Neben Wasser enthält dieTintenflüssigkeit Zusatzstoffe, die zu einer besseren Haftung auf Papier führen,
Konservierungsstoffe sowie Substanzen zum Schutz vor Austrocknen (z. B. Glycerin), vor allem aber auch
einenFarbstoff.
BlaueFüllertinteenthälteinensynthetischenFarbstoffaufderBasisvonTriphenylmethan(vgl.Abb.B1.4).
Triphenylmethan besteht aus einem zentralen Kohlenstoffatom mit drei aromatischen Resten. Bei den
Farbstoffen(meistkationischeAbkömmlinge)liegteineplanareMolekülstrukturvor,inderdieʋͲElektronen
der Doppelbindungen frei beweglich sind. Frei bewegliche Elektronen können in einen “angeregten” bzw.
konjugierten Zustand übergehen, wenn sie Licht einer bestimmten Wellenlänge aufnehmen. Licht dieser
WellenlängefehltdannimSpektrumdesreflektiertenLicht,dasindasmenschlicheAugegelangt.Deshalb
sehenwirdieKomplementärfarbezudenabsorbiertenFarbanteilen,inFallderSchultintedieFarbeBlau.
WiewirddieTinteunsichtbar?
Das Verschwinden der Tintenschrift nach dem Überschreiben mit dem Tintenkiller beruht nicht auf einer
ZerstörungderTinte.DerFarbstoffwirdnurineine“farbloseForm”überführt,inderdieElektronennicht
mehrfreibeweglichsind.DannkönnensiekeineLichtenergiespezifischerWellenlängeabsorbieren.Damit
fehltdieseauchnichtimSpektrumdesreflektiertenLichts.DieTinteistdamitfarblosunddergeschriebene
Textunsichtbar.
Die Tintenlöschflüssigkeit in einem Tintenkiller enthält neben Wasser und Soda (Natriumcarbonat) ein
Reduktionsmittel,dasmitdemTintenfarbstoffreagiertundihnineinewasserlösliche“unsichtbare”Form,die
sogenannteLeukoformüberführt.
Als Reduktionsmittel für blaue Tinte wird häufig Natriumsulfit verwendet. In wässriger Lösung bilden sich
HydrogensulfitͲIon HSO3Ͳ, die sich an das zentrale Kohlenstoffatom des Tintenfarbstoffs lagern. Das
Farbstoffmolekülistdannräumlichnichtmehrplanarangeordnet,sondernpyramidal.InderneuenStruktur
sind die Elektronen nicht mehr frei beweglich und das Farbstoffmolekül in dieser veränderten Form nicht
sichtbar. Eine weitere Möglichkeit das Tintenfarbstoffmolekül in seine Leukoform zu überführen, ist die
ZugabevonNatron(Natriumhydrogencarbonat).IndiesemFallwerdeninwässrigerLösungOH—ͲIonenandas
zentraleKohlenstoffatomgelagert.
WiekannichdieTintenachdemLöschenwiedersichtbarmachen?
Damit der blaue Farbstoff wieder sichtbar wird, muss die Leukoform wieder in die ursprüngliche
Farbmolekülstrukturüberführtwerden.SokanndieEntfärbungderTintezumBeispielmitderZugabevon
Zitronensäureteilweiserückgängiggemachtwerden.EinTeilderangelagertenHydrogensulfitͲIonenHSO3Ͳ
geht wieder in Lösung. Damit wird bei einem Teil der Farbstoffmoleküle die planare Anordnung mit frei
beweglichenElektronenwiederhergestellt.DaessichumeineGleichgewichtsreaktionhandelt,erfolgtkeine
vollständigeWiederherstellungderFarbe.
DieRückumwandlungineinesichtbareFormkannaberauchdurchAldehydeoderdemDampfetwa36%iger
Salzsäureerreichtwerden.
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite12|36B1.3VertiefungͲWermehrwissenwill
Werverstehenwill,warumTinteblauaussiehtunddurchdieBehandlungmitdemTintenkillerfarbloswird,
musswissen,dassLichteineelektromagnetischeWelleistundMenschenmitdemAugenureinbestimmtes
Spektrum des von der Sonne ausgestrahlten Lichts sehen und unter bestimmten Bedingungen als farbig
wahrnehmenkönnen.
ElektromagnetischeWelle
Genau wie bei Radiowellen, Mikrowellen und Röntgenstrahlen
handeltessichbeiUVͲLichtundsichtbaremLichtumelektromagͲ
netischeWellen.DiesebestehenauseinemoszillierendenelekͲ
trischen Feld (E) und einem Magnetfeld (B), das sich mit der
konstanten Lichtgeschwindigkeit c im Raum ausbreitet. (Abb.
B1.2). Die Schwingungsebenen der Transversalwellen von elekͲ
trischemFeldundMagnetfeldstehensenkrechtaufeinander.
Für Wellenlänge ʄ und Frequenz ʆ einer sinusförmigen
Transversalwelle gilt c= ʄʆ, wobei c die Lichtgeschwindigkeit
darstellt. Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, nimmt die
WellenlängemitzunehmenderFrequenzab.
Abb.B1.2ൟElektromagnetischesFeld
UndjehöherdieFrequenz,umsoenergiereicheristdieelektroͲ
magnetische Welle. Das ergibt sich aus den Vorstellungen der Quantentheorie. Demnach entspricht eine
WellederFrequenzʆeinemPhotonenstrom,beidemjedesPhotondieEnergieE=hʆbesitzt.Dabeiisth,das
PlanckscheWirkungsquantum,eineKonstante.
SichtbaresLichtundWahrnehmungvonFarben
BeiWellenlängenzwischen400nmund700nmsindelektromagnetischeWellenfürdasmenschlicheAuge
sichtbar.DievonunswahrgenommeneFarbehängtvomSpektrumderWellenlängenab(sieheAbb.B1.3).
Sonnenlicht erscheint durch die additive Farbmischung der verschiedenen Wellenlängen weiß. Werden
jedochbestimmteWellenlängenausdemLichtspektrumabsorbiert,soerscheintderRestdesLichtesinder
Komplementärfarbe.Z.BabsorbierendieChlorophylleinPflanzenblauesundrotesLichtundwandelnesin
Energie um. Der grüne Anteil des Lichtes
wird reflektiert, dadurch erscheinen die
meistenPflanzengrün.
WasaberbefähigtMoleküledazu,Lichtzu
absorbieren?DieAbsorptionvonPhotonen
geschieht durch die Anregung von ElekͲ
tronen. Ein Photon trifft dabei auf ein
Molekül und bringt ein Elektron durch
Abgabe seiner Energie aus einem enerͲ
getisch günstigeren Zustand in einen ZuͲ
stand mit höherer Energie. Dazu müssen
Moleküle sogenannte Chromophore (vom
griechischenWortfür“Farbträger”)enthalͲ Abb.B1.3ൟDieverschiedenenBereichedeselektromagnetischen
Spektrums.
ten.
Carbonylgruppenzeigenz.B.eineAbsorptionbeica.290nm,alsoimUVͲBereich,weileinnichtbindendes
Elektron aus einem einsamen Elektronenpaar des OͲAtoms in ein antibindendes ʋ*ͲOrbital angeregt wird.
Auch eine C=CͲDoppelbindung wirkt als Chromophor, da Photonen die Anregung eines ʋͲElektrons in ein
antibindendesʋ*ͲOrbitalbewirken.BeieinereinzelnenC=CͲDoppelbindungliegtdieAbsorptionbei180nm,
alsoebenfallsimUVͲBereich.
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite13|36DamitdieAbsorptionindenfürMenschensichtbarenBereichfällt,musssiebeigrößerenWellenlängenim
Bereich400nmbis700nmstattfinden.AusdenbereitserwähntenFormelnfürdieLichtgeschwindigkeit(c=
ʄʆ) und die Energie der Photonen (E=h ʆ) können wir schließen, dass für die Absorption von größeren
WellenlängenwenigerEnergienötigist,alsfürdieAbsorptionderkurzwelligenUVͲStrahlung.Essindsomit
Elektronennötig,diedurchgeringereEnergiemengenindasnächsthöhereOrbitalangeregtwerdenkönnen.
Das ist z.B. der Fall bei Molekülen, die konjugierte Doppelbindungen enthalten, denn hier liegen die
MolekülorbitaleenergetischdichterbeieinanderundesistwenigerEnergienötig,umeinElektronzueinem
(ʋ*,ʋ)ͲÜbergangzubewegen.
TriphenylmethanͲFarbstoffe
Der Farbstoff in blauer Füllertinte
basiert auf Triphenylmethan (Abb.
B1.4). Zu denTriphenylmethanͲFarbͲ
stoffen gehören auch Kristallviolett,
Fuchsin, Malachitgrün und
Fluorescein.
Ihre Strukturformeln samt WellenͲ TriphenylmethanKristallviolettʄ=585nmFuchsinʄ=547nm
längenihrerAbsorptionsindebenfalls
in Abb. B1.4 dargestellt. TriphenylͲ
methan selbst ist farblos. MalachitͲ
grün absorbiert Licht der WellenͲ
längen 462 nm und 623 nm, also im
blauenundimrotenBereich.Deshalb
nimmtdasmenschlicheAugedenFarbͲ Malachitgrünʄ=462nm,623nmFluoresceinʄ=485nm
stoff Malachitgrün, wie der Name
schonsagt,alsgrünwahr. Abb.B1.4ൟStrukturformelnverschiedenerTriphenylmethanͲFarbstoffe.
DerFarbstoffFluoresceinhateineweitereBesonderheit.ErabsorbiertnichtnurLichteinerWellenlängevon
485nm,alsoimblauenBereich,sondertemittiertauchlangwelligeresLicht.DiesesPhänomennenntman
Fluoreszenz.
Fluoreszenz
DiedurchdieEnergieeinesPhotonsangeregtenElektronenkehrenauf
unterschiedlicheArtenwiederinihrenGrundzustandzurück.GrößtenͲ
teils geschieht das über strahlungslose Desaktivierung. Dabei geben
Elektronen Energie an umgebende Teilchen mit niedrigeren
TranslationsͲ,RotationsͲundSchwingungszuständenab.
DieElektronenmancherMolekülezeigenjedocheineDesaktivierung
durch Strahlung (Abb. B1.5). Dabei gelangt ein Elektron durch die
ErzeugungeinesPhotonswiederineinOrbitalgeringererEnergie.Das
emittierte Photon hat dabei immer eine geringere Energie als das
absorbierte Photon, denn das Elektron gibt einen Teil der
aufgenommenenEnergieauchinFormstrahlungsloserDesaktivierung
(Schwingungsrelaxation, vgl. Abb. B1.5) ab. Deshalb absorbiert
FluosceinLichtimblauenBereichundemittiertimgrünenBereichLicht
einerenergieärmeren,längerwelligenWellenlänge(max.514nm).
Abb.B1.5ൟAnregungeinesElektrons
undSchritte,diezueinerFluoreszenz
führen.
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite14|36Geheimtinten
GeheimtinteklingtnachRätsel,GeheimnisundAbenteuerundhatdaherschonimmerKinderundJugendliche
interessiert.Geheimtintenwerdenverwendet,umschriftlicheBotschaftenunsichtbarzueinemEmpfänger
zutransportieren,dersiewiedersichtbarmachenkann.SowissennurSenderundEmpfänger,wasindermit
GeheimtintegeschriebenenBotschaftsteht.AmBeispieldesTintenkillers,derzumeinenTinte“löscht”,die
Tinte aber mit einem Trick wieder sichtbar gemacht werden kann, ist ein Brückenschlag zum Thema
Geheimtintenmöglich.
SoschreibtmanbeispielsweiseeineBotschaftmitblauerTinteaufPapierundlöschtsiehinterhermiteinem
Tintenkiller.NachdemdasPapiermitdergeheimenBotschaftzuseinemEmpfängergelangtist,kanndieser
dieSchriftsichtbarmachen,indemersiebeispielsweisemitZitronensäurebestreicht.
Eine weitere Möglichkeit ergibt sich aus der Desaktivierung von angeregten Elektronen durch Strahlung.
Moleküle,diePhotonenabsorbierenundderenElektronendurchFluoreszenzwiederinihrenGrundzustand
zurückkehren. Wenn man als Farbstoff ein fluoreszierendes Molekül verwendet, das Licht im UVͲBereich
absorbiert,wärederFarbstofffürdasmenschlicheAugefarblosunddamitGeschriebenesunsichtbar.Würde
diesesMoleküldieabsorbierteStrahlungsenergieinFormvonlangwelligerStrahlungwiederabgeben,läge
dieemittierteStrahlungggf.imsichtbarenBereich.TatsächlichgibtessolcheMoleküle.Chininistursprünglich
einausChinarindegewonnenesMalariamittel.EsistingeringenMengenauchimGetränk“BitterLemon“
enthalten. Chinin absorbiert im UVͲBereich und emittiert intensiv hellblaues Licht mit einer maximalen
Wellenlängevon448nm.
Auch die in Vollwaschmitttel enthaltenen Aufheller
funktionieren nach diesem Prinzip. Diese Aufheller
absorbieren im UVͲBereich und durch die Emission von
blauem Licht wirkt die weiße Wäsche in hellem
Sonnenlicht und unter Schwarzlicht leuchtend weiß.
ZuerstentdecktwurdedieserEffektbeieinemExtraktaus
derRindederRoßkastanie.DasdarinenthalteneEsculin
absorbiertUVͲLicht(367nm)undemittiertblauesLicht
(454nm).
ImAbschnitt“TeilCWeiterführendeExperimente”wird
beschrieben, wie aus der Rinde eines Abb.B1.6ൟBlaueFluoreszenzunterUVͲLicht.
Roßkastanienbaumes ein Extrakt hergestellt werden Vonlinksnachrechts:Vollwaschmittelmitoptischem
kann,mitdemmanaufPapierkaumsichtbarschreiben Aufheller,RosskastanienzweigeindestilliertemWasser,
kann(C2).HältmandasPapierunterUVͲLicht,leuchtet destilliertesWasser.
dieSchriftblauaufundwirdgutlesbar.Solässtsichaus
einem leicht verfügbaren Naturstoff eine wunderbare Geheimtinte mit einem spannenden Leuchteffekt
herstellen.
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite15|36B2 Experiment2–Tintendurst
B2.1PraktischeHinweisezurDurchführung
WoraufsollteichbeimKaufderBlumeachten?
AlsBlumeeignetsichfürdasExperimentsowohleineTulpealsaucheineRose.AllerdingsistdasSchneiden,
vorallemfürdieUntersuchungderFärbung,beieinerTulpeetwaseinfacher.TulpensindabDezemberin
Blumengeschäftenerhältlich,RosendasganzeJahrüber.WenneineRoseverwendetwird,solltebeimKauf
daraufgeachtetwerden,dassderStängeletwasdickeristundsichauchBlätterdaranbefinden.
WiebaueichdenVersuchauf?
DieBlumemussfrischangeschnittenwerden,bevorsieindasTintenͲ
wassergestelltwird.DieFärbungdesTintenwassersinExperiment2
mussdeutlichintensiverseinalsinExperiment1(vgl.Abb.B2.1),damit
derFarbstoffauchindenBlätternnochgutzuerkennenist.
Es sollten Gefäße benutzt werden, die dicht nebeneinander stehen
können. Beim Einschneiden des Stängels muss darauf geachtet
werden,dassderSchnittmittigverläuft.FallsnurhochwandigeGefäße
zur Verfügung stehen, muss der Schnitt über den Gefäßrand so weit
fortgeführtwerden,dassdieStängelhälftenbeimHineinstellenindie
Gefäßenichtbrechen.
DamitdieBlumeimVerlaufdesExperimentsnichtkippt,kannsiez.B.
ineineFenstereckeoderaneinegefließteWandgelehntwerdenoder
auch mit etwas Klebstreifen befestigt werden. Bereits nach wenigen
StundenkannmandieFärbungindenunterenBlätternerkennenund
am nächsten Tag sollte die Blume bis in die Leitbündel der
Abb.B2.1ൟVersuchsaufbauzuExperiͲ
Blütenblättergefärbtsein. ment2“Tintendurst”.
B2.2Hintergrundwissen
WieunterscheidensichTulpenundRosen?
Unsere heutigen Blütenpflanzen gehören zu den bedecktsamigen Pflanzen
(Angiospermen). Diese unterteilen sich in einkeimblättrige Pflanzen
(Monokotyledonen)undzweikeimblättrigePflanzen(Dikotyledonen).Zuden
einkeimblättrigen Pflanzen zählen z. B. die Süßgräser und die Familie der
Lilienartigen,zuderauchdieTulpegehört.DagegengehörendieFamilieder
Nelkenartigen, der Asterartigen und die Rosiden mit der Rose zu den
zweikeimblättrigenPflanzen.
Die beiden Gruppen unterscheiden sich nicht nur durch die Anzahl ihrer
Keimblätter, sondern unter anderem auch durch die Verteilung ihrer LeitͲ
bündelimSproß.BeideneinkeimblättrigenPflanzensinddieLeitbündelüber
den ganzen Sprossquerschnitt gleichmäßig verteilt, während die Leitbündel
der zweikeimblättrige Pflanzen am Rand der Sprossachse liegen. Sie bilden
eine Röhre, die auch zur Festigkeit des Stängels beiträgt. Im Querschnitt
erscheinendieLeitbündelineinemRing.DieunterschiedlicheVerteilungder
LeitbündelsetztsichindenBlätternfort.BeidenMonokotyledonenzeigtsich Abb.B2.2ൟBlattaderungenbei
eine parallele Blattaderung mit Leitbündeln, während sich bei den einkeimblättrigen(oben)und
DikotyledoneneinenetzartigeBlattaderungausbildet(Abb.B2.2). zweikeimblättrigenPflanzen
(unten).
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite16|36WietrinkenPflanzen?
PflanzenbrauchenWasser,dasistklar,sonstvertrocknensie.AufgenommenwirdesimNormalfallüberdie
Wurzeln. Aber wie geht das bei Schnittblumen und so, dass alle Pflanzenteile versorgt werden? Pflanzen
enthalten Leitgewebe, dass dem Ferntransport dient und zu Strängen zusammengefaßt ist. Diese
sogenanntenLeitbündelenthaltenzweiGewebekomplexemitunterschiedlichenAufgaben,dasPhloemund
dasXylem.DasPhloemistfürdenExportvonAssimilatenausdenBlätternundderenVerteilunginderPflanze
verantwortlich. Das Xylem dient dem Transport von Wasser und Nährsalzen. Außerdem können
ausnahmsweiseZuckeroderAminosäurenimXylemtransportiertwerden.
DerFerntransportvonWasserimXylemgeschiehtüber
Tracheen und Tracheiden. Tracheen entstehen durch
die Fusion mehrerer Zellen. Die Querwände zwischen
denZellenwerdenaufgelöst,wodurcheinelangeRöhre
entsteht. Im funktionsfähigen Zustand haben die TraͲ
cheen keinen Protoplasten mehr, es handelt sich um
tote Gebilde. Auch Tracheiden sind tote Gebilde.
Allerdingshandeltessichbeiihnenumspindelförmige
Zellen, die über viele Tüpfel in den Zellwänden miteiͲ
nanderverbundensind.TüpfelsindStellen,andenen
die sekundäre Verdickung der Zellwand unterblieben
ist.BenachbarteZellenwerdensonurdurchdieMittelͲ Abb.B2.3ൟMikroskopischesBilddesStängelsvonAlliaria
lamelleunddiePrimärwandvoneinandergetrennt. petiolata(Knoblauchsrauke).ObenquerRingtrachee.
Die Zellwand ist außerdem von siebartigen PlasmodesmenͲFeldern durchbrochen, um den stofflichen
AustauschzwischendenZellenzuermöglichen.DasdadurchentstehendeplasmatischeKontinuum,dasüber
mehrereZellenhinwegbesteht,wirdalsSymplastbezeichnet.DadieZellenderTracheidenvorErreichenihrer
FunktionalitäteinenprogrammiertenZelltod(Apoptose)durchlaufen,bleibenhiernurdiedünnenPrimärͲ
wändeindenTüpfelnalsBarriereübrig.WasserundgelösteMineralsalzekönnendadurchraschvoneiner
ZelleindieNächstegelangen.DieTüpfelindenWändenderLeitelementeermöglicheneinÜbertretenvon
WasserauchinbenachbarteLeitbahnen.
B2.3VertiefungͲWermehrwissenwill
WiekannWassernachobenfließen?
Zwar wissen wir jetzt, auf welchen Wegen sich Wasser durch die
Pflanze bewegt, aber noch ist nicht geklärt, wie das Wasser
entgegenderSchwerkraft“nachobenfließen”kann.DerSchlüssel
dafürliegtbeiOsmose,AquaporinenundVerdunstung.
ImNormalfallnimmtdiePflanzeWasserüberdieWurzelausdem
Bodenauf.DieEpidermisderWurzelkommtimBodenzuerstmit
dem Wasser in Berührung. Viele der Epidermiszellen entwickeln
lange, zarte Wurzelhaare, die die Wurzeloberfläche enorm verͲ
größern. Diese Wurzelhaare dringen in die Spalten zwischen den
Bodenpartikelneinundnehmenausdiesenengenundverwinkelten
ZwischenräumenIonenundWasserauf.DieserProzesswirddurch
Osmosegesteuert.
Zur Erleichterung des Wassertransports über die Zellmembranen
sindinderPlasmamembranvonvielenPflanzenzellensogenannte
Aquaporine enthalten. Das sind membranständige Proteine, die
KanäledurchdieMembranbilden.DurchsiekönnenWassermoleͲ
Abb.B2.4ൟWasserdurchtrittdurcheinen küle entlang eines osmotischen Gradienten hindurchtreten (Abb.
AquaporinͲKanal. B2.4).
©InternationaleJuniorScienceOlympiade IJSO2020Ͳ1rdͲBegleitheftfürBetreuende Seite17|36Sie können auch lesen
