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Korrosion aktiv erleben – eine Idee für den naturwissenschaftlichen Unterricht

Den Rostprozess nicht nur verstehen, sondern auch hautnah erleben – und das im Klassenzimmer? Zwei Korrosionskammern aus Alltagsmaterialien machen dies möglich! Überall begegnen wir dem Reaktionsprodukt aus Sauerstoff, Wasser und Eisen: dem Rost. Damit bereits Schülerinnen und Schüler den Entstehungsprozess von Rost verstehen, hat die Abteilung Physik an der Universität Koblenz-Landau ein Konzept entwickelt, das den Kor­ro­sions­pro­zess ins Klassenzimmer bringt. Dabei überprüfen die Schülerinnen und Schüler mithilfe zweier Korrosionskammern das Korrosionsverhalten verschiedener Metalle und entwickeln eigenständig Korrosionsschutzmaßnahmen.

Hierfür werden lediglich die passenden Bauanleitungen, die unter www.korrosion-­erleben.de kostenlos zur Verfügung stehen, einige handelsübliche Materialien aus dem Drogerie- und Baumarkt und ggf. ein wenig handwerkliches Geschick benötigt.

Sprühkorrosionskammer versus Tauchkorrosionskammer

Bevor es in den Baumarkt geht, sollte überlegt werden, welche der beiden Korrosionskammern verwendet werden soll. Hierbei kann zwischen einer Sprühkorrosionskammer (SK) und einer Tauch­kor­ro­sions­kam­mer (TK) gewählt werden. Wie die Namen bereits nahelegen, handelt es sich bei der ersten um eine Kammer, in der die verschiedenen Metallproben einem feinen Sprühnebel aus Wasser ausgesetzt werden. In der Tauchkorrosionskammer werden sie vollständig in die Prüflösung getaucht.

Beide Kammern bieten verschiedene Vorteile, die bei der Wahl berücksichtigt werden sollten. Die Sprühkorrosionskammer eignet sich besonders gut für (kleinere) Projektarbeiten, da hier bereits nach einer Stunde die ersten Ergebnisse zu beobachten sind und die Schülerinnen und Schüler aktiv mit der Kammer arbeiten müssen. Die Tauchkorrosionskammer bietet sich hingegen gut für den Einsatz im laufenden Unterricht an. Hier müssen die Metallproben etwa eine Woche in der Prüflösung hängen, die Schüleraktivität ist hier geringer. Allerdings kann die Kammer etappenweise in den Unterricht eingebunden werden.

Die beiden Kammern spiegeln zwei verschiedene Korrosionsprozesse wider: einerseits mit direkter Sauerstoffzufuhr durch die umgebende Luft (SK) und andererseits unter Ausschluss einer direkten Sauerstoffzufuhr durch das vollständige Eintauchen in Wasser (TK). Für welche man sich entscheidet, hängt einerseits von der Zielsetzung, andererseits von der zur Verfügung stehenden Zeit ab. Die Kosten für jede Kammer betragen rund 150–200 Euro. Ausgaben entstehen zum größten Teil für die transparenten Plexi­glas­platten, zudem für einige Schläuche, Ventile und Kunststoffkleber. Spezielle Werkzeuge müssen nicht gekauft werden, da die Plexiglasplatten bereits im Baumarkt zugeschnitten werden können.

Aktivierung der Schülerinnen und Schüler im Unterricht

Der Aufbau der Kammern ist recht einfach und kann bereits in den Unterricht eingebunden werden. Die Schülerinnen und Schüler stellen nicht nur ihr handwerkliches Geschick unter Beweis, sondern sind von Beginn an bei den Versuchsvorbereitungen dabei. Sie erleben so auch aktiv den Aufbau und erlernen die Funktionsweisen der Kammern.

Sind die Vorbereitungen getroffen, kann mit dem Experimentieren begonnen werden. Die Schülerinnen und Schüler wählen die Metallproben aus. Hierbei eignen sich besonders gut quadratisch zugeschnittene Metallplättchen, z. B. schnell­rosten­der kaltgewalzter Stahl. Diese werden dann nach Anleitung geschliffen, an den Rändern versiegelt und in die gewählte Korrosionskammer eingebracht. Anschließend wird die Prüflösung bestimmt, z. B. Leitungs-, Salzwasser etc.

Durch ein praktisches Schlauch- und Ventilsystem an der Sprühkorrosionskammer kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt die Prüflösung von außen an- und ausgeschaltet oder aber die Spritzintensität eingestellt werden, sodass niemand in Kontakt mit der Prüflösung kommt. Die Tauchkorrosionskammer verfügt auch über spezielle Halterungen, um den Kontakt mit der Prüflösung zu vermeiden.

Nun kann mittels der transparenten Außenwände der Korrosionsvorgang beobachtet werden. Für das Erleben von For­schungs­tätig­keit und das Erlernen von wissenschaftlichem Arbeiten, werden die Proben nicht nur von außen beobachtet, sondern in gewissen Zeitintervallen digitalisiert und mithilfe der kostenfreien Software ImageJ analysiert. Der gesamte Lernprozess kann durch auf www.korrosion-­erleben.de frei erhältliche Unterrichtsmaterialien gestützt werden. Neben der Untersuchung der Materialien auf ihr Korrosionsverhalten können die Schülerinnen und Schüler auch testen, mit welchen Mitteln man den Korrosionsprozess verlangsamen oder unterbinden kann. Hier sind der Kreativität keine Grenzen gesetzt. Verwendet werden können alltägliche Mittel wie Babyöl, Vaseline oder Haarspray, aber auch Olivenöl oder Fette und Wachse.

Auswertung der Beobachtungen

Da die Metallproben in gewissen Zeitintervallen per Scanner erfasst werden, können sie auf verschiedenen Wegen analysiert und ausgewertet werden. Auch hier bieten sich viele Möglichkeiten. Um den Einsatz von Computern zu fördern, können die Metallproben mit dem Bildbearbeitungsprogramm ImageJ ausgewertet werden, mit dem die Schülerinnen und Schüler die Roststrukturen der einzelnen Metallplättchen vermessen und miteinander vergleichen können. Sollen eher mathematische Kompetenzen geschult werden, bietet sich der „klassische“ Weg der Berechnung der verrostete Fläche mithilfe einer Zerlegung der korrodierten Fläche in bekannte Teilflächen. Hierbei müssen ggf. Methoden entwickelt werden, um die Messtechnik zu verfeinern.

Materialien und Lehrplanbezug

Auf www.korrosion-erleben.de stehen zahlreiche Arbeitsblätter, Informationsblätter und die Bauanleitungen kostenlos zur Verfügung. Zudem erfahren Lehrkräfte etwas über den Lehrplanbezug in den Fächern Physik und Chemie, aber auch Schülerinnen und Schüler können Informationen über den Korrosionsprozess sammeln. Fragen und Anregungen sind über das Kontaktformular ausdrücklich erwünscht.

Ellen Warzecha, Dr. Christian Fischer, Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Abteilung Physik

Weitere Informationen

Informationen zum Konzept: www.korrosion-erleben.de
Bauanleitungen und Materialien: www.korrosion-erleben.de/downloads
ImageJ: www.imagej.net/Welcome

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