Lernsituation 3 - Alternative: Das Elektrolytische Glänzen

Einstiegsszenario

Viele Dentallabore nutzen ein Glänzbad. In einem Dentallabor arbeitet der Azubi Kay. Als Kay den Auftrag bekommt eine Modellgussprothese herzustellen geht er vor wie er es gelernt hat. Um die Oberfläche zu glätten hängt Kay den Modellguss in ein Glänzbad und stellt das Glänzbad an. Als Kay den Modellguss nach einigen Minuten wieder herausnimmt muss er feststellen, dass der Modellguss nicht mehr richtig anliegt.

Analyse / Information

Kay hat offensichtlich ein Problem. Beschreibt das Problem und überlegt gemeinsam welches Wissen Kay benötigt, um das Problem zu lösen.

Planung

Ihr habt nun die Möglichkeit euch zu überlegen, was ihr für Kay erarbeiten wollt, damit er das Problem lösen kann. Das Ergebnis nennt man auch Handlungsprodukt. Handlungsprodukte sind z.B. ein Grafiz, Lernzettel … aber euch fällt bestimmt noch mehr ein. Einige Handlungsprodukte kennst du vielleicht auch noch aus den Referenzierungen.

Anschließend müsst ihr euch überlegen, woher ihr die Information bekommt, die ihr für die Erstellung des Handlungsproduktes benötigt.

Durchführung

Das elektrolytischen Glänzen (Elektrolyse in Wikipedia) ist ein Vorgang zur Oberflächenbearbeitung, der in der Modellgusstechnik für Partielle Prothesen verwendet wird. (Werbung für ein Glänzgerät der Firma BEGO)

Das gegossene, ausgebettete und abgestrahlte Objekt (meist eine Modellgussprothese) wird in das elektrolytischen Glänzbad gehängt. Das Gerät wird für eine bestimmte Zeit eingeschaltet. Nun fließt Strom durch den Elektrolyten, der die Spitzen des Rauhigkeitsprofils der Oberfläche des Objektes ganz langsam abträgt. Anschließend ist es glatter (hat also eine geringere Rauigkeit) und glänzt! Das ist bei so einem komplexen Objekt viel einfacher und gleichmäßiger, als das Ausarbeiten mit Fräsen oder Schleifwerkzeugen.

Elektrolytisches Glänzen bei der Schmuckherstellung:

Bevor du verstehen kannst, was da im Glänzbad läuft, musst du dir ein paar Kompetenzen zum Thema "Chemie", speziell der "Protolyse", aneignen. Diese Protolyse macht der Hersteller des Elektrolyten, bevor ihr den Kanister mit dem Zeugs kauft. Der Elektrolyt verbraucht sich nämlich und muss regelmäßig ausgetauscht werden, dazu aber später mehr.

Arbeitsauftrag 1:

Folge dem Link Elektrolyt und erstelle dir aus den dortigen Informationen eine Ablaufschema zur Entstehung von Elektrolyten. Bitte evtl. deinen Lehrer um ein vorgefertigtes Arbeitsblatt zum Ausfüllen

Prinzipiell passiert in einem Glänzbad folgendes:

Elektrolytisches Glänzen - Aufbau und Ablauf - zum animieren bitte anklicken

Elektrolytisches Glänzen - Abtrag der Metallionen von ganz nah - zum animieren bitte anklicken

Durch eine von außen angelegte elektrische Spannung (Gleichstrom) wird an einer mit dem Pluspol verbundenen Elektrode (unser Werkstück, die Modellgussprothese, in Abbildung rechts) ein Elektronenmangel ("Elektronensog") und einer mit dem Minuspol verbundenen Elektrode (Kupferplatten im Glänzbad, in Abbildung links) ein Elektronenüberschuss ("Elektronendruck") erzeugt. Die elektrochemische Oxidation erfolgt an der Anode und besteht in einem Elektronenentzug durch die Stromquelle: Die Anode ist bei der Elektrolyse die positiv geladene Elektrode (Pluspol), die Kathode die negativ geladene Elektrode (Minuspol).

Damit der Vorgang dauerhaft abläuft, muss ständig Energie zugeführt werden. Dies geschieht in Form von elektrischem Gleichstrom, der der Anode ständig Elektronen entzieht (absaugt) und sie zur Kathode "pumpt".

Damit der Stromkreis geschlossen bleibt, muss im Elektrolyten ebenfalls Strom fließen. Hier wird der Ladungstransport durch Ionen erledigt: Die negativ geladenen Anionen sind in unserem Beispiel der Säurerest im Elektrolyten, sie wandern bevorzugt zur positiv geladenen Anode. Die positiv geladenen Kationen, hier Oxonium-Ionen, wandern zur negativ geladenen Kathode.

An der Kathode erhält das Oxonium-Ion sein fehlendes Elektron zurück und steigen als Wasserstoffgas auf. Der Rest bleibt als Wasser zurück. An der Anode verbindet sich ein Säurerest mit einem Metallion aus der Oberfläche des dort befestigten Werkstücks. Sie bilden zusammen ein Salz, dass sich als Schlamm am Boden des Beckens sammelt. Durch das Entfernen der Metallionen aus dem Werkstück, bevorzugt von erhabenen Stellen der Oberfläche, wird dieses glatter und glänzt!

Die Ionen des Elektrolyten werden also verbraucht. Das erklärt die nachlassende Wirkung des Glänzbades und die Notwendigkeit des Austauchens des Glänzbades von Zeit zu Zeit.

Lernvideo mit Animationen und Erklärungen:

Einzelne Bilder der Animationen

Situation 2: Kay kennt sich mittlerweile ein wenig mit Elektrolyten aus. Aber er hat noch keine Ahnung wie der Aufbau und der Ablauf beim Glänzbades funktioniert.

Level 1/2

1. Einzelarbeit: Schaue dir die obigen Information (Text, Animationen, Bilder) nochmal an und mache dir Notizen.
2. Partnerarbeit: Bearbeitet in Partnerarbeit die Übung „Aufbau Glänzen“ und die Übung „Ablauf Glänzen“ im Lernmanagementsystem Moodle.
3. Partnerarbeit: Skizziert und schreibt die Lösungen der Aufgabe 2 auf.
4. Partnerarbeit: Bereitet euch auf eine Präsentation eurer Lösung vor.

Level 3/4

1. Einzelarbeit: Schaue dir die obigen Information (Text, Animationen, Bilder) nochmal an und mache dir Notizen.
2. Partnerarbeit: Bearbeitet in Partnerarbeit die Übung „Aufbau Glänzen“ und „Ablauf Glänzen“ im Lernmanagementsystem Moodle.
3. Partnerarbeit: Erklärt schriftlich mithilfe der Aufgabe 2 und deines eigenen Wissens den Aufbau und den Ablauf des modifizierten Glänzbades. Nutzt dazu Fachwörter und Skizzen zum Aufbau und Ablauf.
4. Partnerarbeit: Bereitet euch auf eine Präsentation vor.

Situation 3: Kay hat den Aufbau den Glänzbades geändert. Jetzt gibt es an dem Modellguss einen Elektronendruck und an dem Kupferstab einen Elektronensog. Kaum zu glauben was passiert...

Level 1/2
Bearbeite das Informationsblatt zur Galvanisierung Level 1/2.

1. Einzelarbeit: Lies die Information auf dem Informationsblatt durch und unterstreiche wichtige Begriffe.
2. Partnerarbeit: Bearbeitet in Partnerarbeit die Übung „Aufbau Galvanisieren“ und „Ablauf Galvanisieren“ im Lernmanagementsystem Moodle.
3. Partnerarbeit: Skizziert und schreibt die Lösungen der Aufgabe 2 auf.
4. Partnerarbeit: Bereitet euch auf eine Präsentation eurer Lösung vor.

Level 3/4
Bearbeite das Informationsblatt zur Galvanisierung Level 3/4.

1. Einzelarbeit: Nutze dein Wissen über das elektrochemische Abtragen, um die Ausgangsfrage zu klären. Einen Tipp zur Bearbeitung findet ihr unter Informationen auf dem Informationsblatt.
2. Partnerarbeit: Bearbeitet in Partnerarbeit die Übung „Aufbau Galvanisieren“ und „Ablauf Galvanisieren“ im Lernmanagementsystem Moodle.
3. Partnerarbeit: Erklärt schriftlich mithilfe der Aufgabe 2 und deines eigenen Wissens den Aufbau und den Ablauf des modifizierten Glänzbades. Nutzt dazu Fachwörter. Erstellt Skizzen und Beschreibungen.
4. Partnerarbeit: Bereitet euch auf eine Präsentation vor.

Kontrolle / Bewertung

Überlegt gemeinsam, welche Qualitätskriterien ihr für euer Handlungsprodukt festlegen wollt. Diese Qualitätskriterien müssen auch messbar sein. Erstellt dann euer Handlungsprodukt und kontrolliert es.

Um eure Ideen zu sammeln und zu besprechen findest du eine Anleitung in Moodle unter "Erstellung der Bewertungskriterien".

Anschließend musst du dann Handlungsprodukt fertigstellen, hochladen. Wenn alle ihr Handlungsprodukt hochgeladen haben müsst ihr euch gegenseitig anhand euren Kriterien bewerten.

Reflexion

Du hast dein Handlungsprodukt erstellt und anhand euerer Qualitätskriterien kontrolliert. Nun überlege was gut gelaufen ist und was man noch verbessern könnte. Die Erkenntnisse aus diesem Schritt kannst du auch noch auf andere (Lern-)Situation übertragen.