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Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form

Auszug aus: Chemie hautnah: Cremes begreifen und selbst herstellen

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15. Cremes begreifen und selbst herstellen

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Chemie hautnah: Cremes begreifen und selbst herstellen Karin Keller, Bad Salzuflen Niveau:

Sek. I

Dauer:

mind. 3 Doppelstunden

Bezug zu den KMK-Bildungsstandards Fachwissen: Die Schülerinnen und Schüler können den Begriff Emulsion als Gemenge zweier nicht miteinander mischbarer Flüssigkeiten definieren. Die Schülerinnen und Schüler kennen Emulgatoren als „Lösungsvermittler“, die ermöglichen, eine Emulsion stabil zu halten. Die Schülerinnen und Schüler können zwei Emulsionsarten, die „Wasser-in-Öl-Emulsion“ (W/O) und die „Öl-in-Wasser-Emulsion“ (O/W) unterscheiden. Erkenntnisgewinnung: Die Schülerinnen und Schüler lernen Emulgatoren und Emulsionsarten durch Produktion verschiedener kosmetischer Produkte kennen. Sie lernen die beiden Emulsionsarten im Experiment zu unterscheiden. Kommunikation/Bewertung: Durch selbstständige Recherche in den Kommunikationsmedien befassen sich die Schülerinnen und Schüler mit Kosmetika, ihren Inhaltsstoffen und beurteilen ihre Zusammensetzung, auch im Vergleich zwischen konventionellen und biologischen Produkten. Sie reflektieren Kosmetikwerbung, Preise und Notwendigkeit der Anwendung von pflegenden Kosmetika. Der Beitrag enthält Materialien für: ü Offene Unterrichtsformen

ü Schülerversuche

ü Vertretungsstunden

ü Hausaufgaben etc.

ü Fachübergreifenden Unterricht

I/G

Hintergrundinformationen Kosmetika werden von vielen Menschen benutzt. Es gibt eine Unmenge an Produkten zur Reinigung der Haut, zur Pflege der Haut und auch zur Verschönerung, vor allem des Gesichts. Daneben werden für die Haare nicht weniger Produkte angeboten, außerdem für spezielle Anwendungen, z. B. Zahnpflege, Insektenabwehr, Rasiermittel, Selbstbräuner, Deodorants, Augenpflege, Nagelpflege und -verschönerung usw. Aus dieser Fülle von Artikeln sollen hier nur speziell pflegende Mittel wie Cremes und Lotionen behandelt werden. Cremes und Lotionen sind Emulsionen, die aus wässrigen und fettigen Bestandteilen hergestellt werden, um die Haut feucht zu halten und zu pflegen. Wasser und Öle lassen sich aber nicht miteinander vermischen. Es entstehen immer nur instabile Emulsionen, deren Bestandteile mithilfe eines Emulgators scheinbar miteinander verbunden werden müssen. Hydrophile und lipophile Lösungen lassen sich bekanntlich ja nicht miteinander vermischen. Es bilden sich Tröpfchen der einen Flüssigkeit in der anderen, die Tröpfchen fließen schnell zu größeren Tropfen zusammen – eine Einheit mit kleinerer Oberfläche, wobei Energie frei wird, die eingesetzt wird, um noch größere Tropfeneinheiten zu bilden. Schließlich findet eine völlige Entmischung statt, wobei sich der Stoff mit der kleineren Dichte dann oben absetzt. Wenn man eine stabile Emulsion herstellen möchte, muss man so viel mechanische Energie aufwenden wie bei der Entmischung frei geworden ist. Dies erfolgt durch Rühren oder Schütteln. Um eine stabile Emulsion zu erzeugen, ist ein Emulgator notwendig. Dies ist ein Stoff mit „Zwittereigenschaften“, dessen Moleküle ein hydrophiles und ein lipophiles Ende besitzen. Die Tröpfchen werden von dem jeweils ähnlichen Ende „umzingelt“, sodass eine Entmischung nicht mehr stattfinden kann. Je nachdem, ob sich Öltröpfchen im Wasser oder Wassertröpfchen im Öl verteilt haben, spricht man von O/W-Emulsionen 36 RAAbits Chemie, August 2011

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(= Öl-in-Wasser-Emulsionen) oder W/O-Emulsionen (= Wasser-in-Öl-Emulsionen). Emulgatoren sind im weiteren Sinne also Tenside mit amphiphilen Eigenschaften. Es werden chemisch sehr unterschiedliche Emulgatoren eingesetzt, je nachdem, welche Emulsionsart hergestellt wird und welche sonstigen Eigenschaften gewünscht werden (dies können z. B. Proteine, Phosphatide, partielle Fettsäureester mehrwertiger Alkohole, Natriumlaurylsulfat, Natriumcetylsulfonat, Cholesterol, ... sein). Bei O/W-Emulsionen darf die lipophile Gruppe aus sterischen Gründen nicht zu lang sein. Diese Emulgatoren sind recht gut wasserlöslich und sind im Bereich der polaren Gruppen stark hydratisiert. Bei W/O-Emulsionen darf der hydrophile Kopf im Verhältnis zum lipophilen Molekülteil nicht zu groß sein. Der lipophile Rest ist hierbei der bestimmende Teil. Hier soll auch noch erwähnt werden, dass es mehrphasige Emulsionen gibt, bei denen die Tröpfchen der inneren Phase auch noch Tröpfchen der äußeren Phase enthalten. Für den Unterricht soll dies aber nicht thematisiert werden. Cremes und Lotionen enthalten häufig außer den Emulgatoren noch eine große Anzahl von weiteren Zusatzstoffen: Konsistenzgeber, Wirkstoffe, Duftstoffe, Konservierungsmittel. Kosmetische Produkte können günstig, aber auch sehr teuer sein. Der Preis sagt wenig bis nichts aus über die Qualität der Produkte. In der Kosmetikindustrie gibt es sehr hohe Gewinnspannen. Die Inhaltsstoffe sind teilweise natürlichen Ursprungs, meist pflanzlich, vor allem der Naturkosmetiksektor verwendet hauptsächlich kaltgepresste Pflanzenöle und etherische Öle zur Beduftung. Es gibt aber auch viele Rezepturen, die Mineralölprodukte und ungesunde Konservierungsstoffe enthalten. Auch die Duftstoffe sind nicht unbedingt gut verträglich; recht viele davon verursachen Hautirritationen und Allergien.

I/G

Stellt man Cremes und Lotionen selbst her, kann man die Rezeptur nach den eigenen Wünschen und Bedürfnissen zusammenstellen und damit Nebenwirkungen vermeiden. Es ist auch gut möglich, Cremes ohne Konservierungsstoffe zu produzieren, jedoch muss dabei sehr sauber und hygienisch gearbeitet werden, um Schimmelbildung zu vermeiden. Hobbykosmetiker produzieren meist nur kleine Mengen, die gekühlt aufbewahrt werden, um Bakterien keine Chance zu geben.

Hinweise zur Didaktik und Methodik Durchführung Die Unterrichtseinheit sollte wenigstens 3 Doppelstunden umfassen, kann aber beliebig lange ausgedehnt werden. Minimum ist die experimentelle Klärung der Begriffe Emulsion (M 1) und Emulgator (M 2) und die Herstellung einer Creme (M 5) und einer Lotion (M 7). Um Wartezeiten sinnvoll zu überbrücken, können die Schülerinnen und Schüler passende Arbeitsfragen mithilfe der ausgelegten Informationsmaterialien (M 6, 8 und 9) bearbeiten. Die zusätzliche Einrichtung einer PC-Station zur selbstständigen Recherche kann ein weiterer Anreiz sein. In M 1 wird schon Bekanntes als Grundlage für die Cremeherstellung thematisiert und vertieft. Dies sollte als kleiner Schülerversuch in Gruppenarbeit durchgeführt werden, damit die Beobachtung im Detail erfolgen kann. In Schülerversuch M 2 kommt der Emulgator ins Spiel, der es ermöglicht, eine stabile Emulsion zu erzeugen. Durch die schematische Vereinfachung der komplizierten Moleküle wird die Theorie verständlich. In M 3 wird die trockene Theorie durch Rechercheaufgaben im Internet und durch Textarbeit mit den ausgelegten Materialien interessanter. Sinnvoll ist hier die Arbeit mit dem Partner oder einer kleinen Gruppe. In M 4 kann im Schülerversuch eine eigene Creme untersucht werden. Dazu werden mehrere Möglichkeiten angeboten: Verdünnungsmethode, Unterscheidung mit Farbstoffen, dies auch in einer Variante mit Wasserfarben oder der Papiermethode (Fettfleckmethode). Man kann in mehreren arbeitsteiligen Gruppen arbeiten, wobei die Gruppen jeweils ihr Ergebnis präsentieren. Wenn man es aber einfacher gestalten möchte, kann man auch nur eine der Methoden 36 RAAbits Chemie, August 2011

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auswählen, in der alle Gruppen arbeiten. In M 5 wird die Herstellung einer Creme ausführlich beschrieben, vier Rezepte für unterschiedliche Hauttypen angeboten und einige der Inhaltsstoffe kurz beschrieben. In Partnerarbeit oder Einzelarbeit kann eine Creme produziert werden. Für Anfänger dauert dies länger, daher ist eine gute Organisation der Wiegestationen und Kochstationen sehr wichtig! Die Gruppe sollte insgesamt nicht zu groß sein, denn viele Schülerinnen und Schüler sind anfangs unsicher, ob sie alles richtig machen und brauchen Unterstützung. Für Wartezeiten oder als Lesetext für zu Hause werden die Infotexte M 6 angeboten. In der Regel lesen die Lernenden diesen Text gerne, da sie sich selbst wiederfinden. In M 7 wird wieder ein kosmetisches Produkt in Einzel- oder Partnerarbeit gekocht. Infomaterial M 8 kann parallel zur Herstellung angeboten werden. Möglich ist hier auch mal ein Einsatz in einer Vertretungsstunde. Die Schülerinnen und Schüler recherchieren und lernen, Produkte kritisch zu beurteilen. Eine kurzgefasste Vergleichstabelle zur konventionellen Kosmetik und kontrollierten Naturkosmetik sollte ein Beitrag zur Erziehung zum kritischen Verbraucher sein. Auch konventionelle Kosmetik bedient sich blumiger Werbeversprechen unter einem scheinbaren Bio-Logo. Dies lässt sich enttarnen, wenn man lernt, die komplizierten INCI-Deklarationen zu lesen. Die Geschichte der Hautpflege (M 9) kann zusätzlich angeboten werden, um die Entwicklung hin zu unseren heutigen Industrieprodukten richtig einzuordnen. Für Jugendliche ist die Verwendung von Kosmetika eine Selbstverständlichkeit. Es wird sie erstaunen, dass sie, wenn sie nur 100 oder 200 Jahre früher geboren wären, nicht in den Genuss eines derartigen Angebots gekommen wären.

Tipps zur Herstellung von Kosmetik im Unterricht Die Herstellung von Kosmetika im Unterricht erfordert eine gründliche Planung und eine gut durchdachte Organisation. Trotz der „Materialschlacht“ sind diese Experimente sehr lohnenswert: Der Effekt, aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten eine cremige Substanz zu erzeugen, ist sehr verblüffend und die Lernenden, vor allem die Schülerinnen, werden begeistert sein, ein selbst hergestelltes Produkt – noch dazu ein professionelles – mit nach Hause nehmen zu können. Einige Zeit vor der Durchführung dieser Unterrichtseinheit sollten die Schülerinnen und Schüler schon entsprechende Gefäße sammeln. Geeignet sind alle Glasgefäße mit 25 bis 100 ml Inhalt. Kunststoffgefäße sind auch bedingt geeignet, oft können sie aber nicht heiß genug ausgewaschen werden, ohne zu deformieren (insbesondere die Schraubdeckel). Die Gefäße sollten sehr sauber mitgebracht werden und vor Benutzung noch einmal mit kochend heißem Wasser ausgespült werden, damit ein frühzeitiges Verschimmeln der Produkte verhindert wird. Man kann auf Wunsch auch konservieren – dies ist jedoch immer eine Quelle für Unverträglichkeiten und Allergien. Ratsam ist es, Wiegestationen für jeden Inhaltsstoff einzurichten, damit die Schülerinnen und Schüler ihre Fettphase zusammenstellen können. Je größer die Lerngruppe ist, desto länger dauert das Abwiegen der Zutaten. Die Waagen sollten digital und wenigstens grammgenau sein. Bei jeder Waage sollte ein Becherglas für die Flüssigkeiten stehen bzw. Filterpapier als Unterlage für feste Zutaten. Die Schülerinnen und Schüler geben die abgewogene Zutat dann jeweils in ihr eigenes Becherglas. Zuwiegen ist nicht ratsam für ungeübte Kosmetiker! Man sollte die Schülerinnen und Schüler immer wieder dazu anhalten, die Gefäße der Rohstoffe zu verschließen, um unnötige Verkeimung zu verhindern. Selbstverständlich sollten alle mit sauberen Händen arbeiten. Es empfiehlt sich, beim ersten Mal mit allen Schülerinnen und Schülern das gleiche Rezept herzustellen. Bei mehr Routine können Rezepte nach dem eigenen Hauttyp ausgewählt werden. Die Rezepturen sind so angegeben, dass eine Creme in üblichen Handelsgrößen (25 bis 50 g) oder eine Lotion von 50 bis 100 g entsteht (d. h. jede Rezeptur ist für eine Person; wenn zwei Schüler zusammen arbeiten, müssen sie die Rezeptur verdoppeln!). Es können zwei Schülerinnen und Schüler gemeinsam arbeiten, um sich beim Rühren abzuwechseln – mehr ist allerdings nicht zu empfehlen, da das Rühren dann unverhältnismäßig lange dauert. 36 RAAbits Chemie, August 2011

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Hinweise zum fachübergreifenden Unterricht Kosmetik bietet sich an als fächerübergreifendes Projekt mit den Fächern Chemie und Biologie. Es eignet sich besonders gut für Projekttage oder eine Projektwoche, wo die selbst hergestellten Produkte auch verkauft werden können. Auch eine Arbeitsgemeinschaft zur Kosmetik ist lohnenswert, denn man kann projektorientiert arbeiten und neben den Produktionsphasen können thematisch passende Themen erarbeitet werden (Aufbau der Haut, Funktionen der Haut, Pflege von innen und außen, Bedeutung der Ernährung, Reinigung der Haut, Tierversuche ...). Die Autorin hat viele Jahre eine Kosmetik-AG geleitet, die neben der Herstellung der Kosmetikartikel auch mit der Theater-AG zusammengearbeitet hat und beiTheateraufführungen für die „Maske“ zuständig war.

Literatur Jean Pütz, Christine Niklas: Cremes und sanfte Seifen. Köln: vgs-Verlag 1986 (1. Auflage) und 1996 (24. Auflage). Klassiker mit guten Erklärungen des chemischen Hintergrunds und vielen Rezepten. Heinz Knieriemen, Paul Silas Pfyl: Kosmetik-Inhaltsstoffe von A bis Z. Der kritische Ratgeber. München: AT-Verlag 2005. Claudia Kapschinski, Birgitt Krämer: Natürliche Schönheit für Ihre Haut. Rezeptbuch für selbstgemachte Kosmetik. Gelsenkirchen: Makossa 1998. Umfangreiche Beschreibungen über die Haut und deren Krankheiten, mit großem Rezeptteil. Werner Ulbricht: Physikalisch-chemische Grundlagen der Kosmetik. Naturwissenschaften im Unterricht. Physik, Chemie 34, Nr. 17, 1986, S. 2–9. Gustav Pfeifer und Waltraud Hafner: Herstellung und Eigenschaften von Emulsionen zur Hautpflege. Naturwissenschaften im Unterricht. Physik, Chemie 34, Nr. 17, 1986, S. 31–35. Greenpeace Magazin 3.06, S. 32–37: „Nicht alles im grünen Bereich“ von Annette Sabersky und Hans Hansen (in gekürzter Version übernommen). Die Zeitschrift Cosmia, die in Bioläden kostenlos ausliegt, enthält oft interessante Artikel, die zur Information bereitgestellt werden können.

I/G

Ökotest Kosmetik-Liste: Über 8500 Inhaltsstoffe verständlich erklärt. Die Inhaltsstoffe der INCIListe werden hier verständlich erklärt, Risiken und Nebenwirkungen von Kosmetika werden erläutert (bei Ökotest zu bestellen). Ökotest Jahrbuch Kosmetik & Wellness: Mehr als 1100 Produkte im Test. Zum Nachschlagen sehr interessant, Vergleich vieler Artikel, auch Billigprodukte vom Discounter, die oft gut und billig sind (bei Ökotest zu bestellen). Ökotest Kompakt, Naturkosmetik: Kosmetik & Mode. Artikel über Siegel für Naturkosmetik (ebenfalls bei Ökotest zu bestellen). Brigitte Bräutigam: Lexikon der kosmetischen Rohstoffe. Herstellung und Verlag: Books on Demand GmbH, Norderstedt, 2010.

Internet www.hobby-kosmetik.de: Empfehlenswerte Webseite mit Rezeptbuch, Rohstoff-Lexikon und Bezugsquellenliste. Auch ein Rührkurs mit Fotos wird angeboten. Für Recherchen der Schülerinnen und Schüler zu Zutaten (z.B. zu Ölen, Emulgatoren, Konservierungsstoffen) bestens geeignet. www.naturalbeauty.de: Dies ist eine gemeinsame Webseite von 6 Naturkosmetikherstellern mit Magazin, Beratungsteil, Pflanzenlexikon und Produktneuheiten. www.oekotest.de: Hier kann z. B. „Die große Kosmetik-Liste. Über 8500 Inhaltsstoffe verständlich erklärt“ bestellt werden (mit CD-ROM), ebenfalls: „Kompakt Naturkosmetik“ und „Jahrbuch Kosmetik 2011“. www.helles-koepfchen.de: Gibt man die Stichwörter „Geschichte“ und „Kosmetik“ ein, findet sich ein übersichtlicher Artikel über die Geschichte der Kosmetik. www.rutano.de/bedenkliche-inhaltsstoffe.html: Kurzzusammenfassung bedenklicher Inhaltsstoffe in konventionellen Kosmetikprodukten. http://de.wikipedia.org/wiki/Naturkosmetik: Erläutert Unterschiede zwischen Naturkosmetik und „normalen“ Kosmetikprodukten.

Bezugsquellen Rohstoffe zur Kosmetikherstellung können z.B. hier bezogen werden: www.jean-puetz-produkte.de, www.kornblume.biz, www.spinnrad.de 36 RAAbits Chemie, August 2011

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Materialübersicht Achtung: Die Mengenangaben in dieser Übersicht beziehen sich jeweils auf eine Arbeitsgruppe, die Rezeptangaben bei M 5 und M 7 auf eine Person. · V = Vorbereitungszeit · D = Durchführungszeit M 1 Ab, SV

SV = Schülerversuch LV = Lehrerversuch

Ab = Arbeitsblatt mit Aufgaben Fovo = Folienvorlage

Struktur und Löslichkeit von Emulsionen

· V: 5 min r5 ml Leitungswasser · D: 10 min r5 ml Paraffinöl oder Pflanzenöl r1 Tropfen MethylenblauLösung r1 Spatelspitze Sudan-III-Pulver , M 2 Ab, SV

r2 Reagenzgläser r1 Spatel r1 Pipette r2 Stopfen r1 Reagenzglasständer

Der Emulgator stabilisiert die Emulsion

· V: 10 min r5 ml Leitungswasser · D: 10 min r5 ml Paraffinöl oder Pflanzenöl r1 Tropfen MethylenblauLösung r1 Spatelspitze Sudan-III-Pulver , r1 Spatelspitze Natriumstearat (oder anderer Emulgator)

r1 Reagenzglas r1 Spatel r1 Pipette r1 Stopfen r1 Reagenzglasständer

M 3 Ab, Fovo

Emulsionen und Emulgatoren in der Kosmetik

M 4 Ab, SV

O/W oder W/O – so unterscheidest du die Emulsionstypen

· V: 10 min rmehrere Cremeproben · D: 20 min rwarmes Wasser r5 Tropfen MethylenblauLösung r1 Spatelspitze Sudan-III-Pulver , rVariante: Wasserfarben rje 5 ml Pflanzenöl

M 5 Ab, SV

r1 Tüpfelbrett oder mehrere Porzellanschalen oder Petrischalen r1 Spatel r1 Pipette r1 Pinsel (aus dem Wasserfarbkasten) rFilter- oder Butterbrotpapier rmehrere Holzstäbchen r1 Becherglas für das warme Wasser

Wir stellen eine Hautcreme her

· V: 10 min rHerd oder Plattenkocher · D: 60 min roder Bunsenbrenner mit rDreifuß und Tondrahtnetz rKochtopf für das Wasserbad (oder größere Bechergläser, dann aber auch Stativmaterial) r2 Bechergläser

rDigitalwaage rmehrere Spatel oder einfache Plastiklöffel rmehrere Messzylinder rFilterpapier als Unterlage r1 Thermometer rCremedose (50ml) rEtiketten zur Beschriftung der Cremedosen

M 6 Ab

Kennst du deinen Hauttyp?

M 7 Ab

Rezepte für Pflege- und Reinigungslotionen Chemikalien je nach Rezepturen, Geräte wie bei M 5

M 8 Ab

Die Inhaltsstoffe deiner Creme – INCI-Angaben verstehen

M 9 Ab

Die Geschichte der Hautpflege – ein Überblick

Die Erläuterungen und Lösungen finden Sie ab Seite 19. 36 RAAbits Chemie, August 2011

I/G

15. Cremes begreifen und selbst herstellen

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M1

Struktur und Löslichkeit von Emulsionen

Grundbestandteile der Cremes und Lotionen sind Wasser und Öl. Du weißt sicher, dass diese sich nicht mischen lassen. Was genau passiert, wenn man es trotzdem versucht, erfährst du hier! Schülerversuch

· Vorbereitung: 5 min

Durchführung: 10 min

Chemikalien/Gefahrenhinweise r5 ml Leitungswasser r5 ml Paraffinöl oder Pflanzenöl r1 Tropfen Methylenblau-Lösung r1 kleine (!) Spatelspitze Sudan-III-Pulver ,

Geräte pro Gruppe

r2 Reagenzgläser r1 Spatel r1 Pipette r2 Stopfen r1 Reagenzglasständer

Achtung: Sudan-III-Pulver sollte nur in kleinsten Mengen verwendet werden. Die Lehrerin/der Lehrer gibt dir die passende Menge. Hautkontakt vermeiden! Entsorgung: über das Gefäß für organische Lösungen Versuchsdurchführung • Gib in beide Reagenzgläser jeweils 5 ml Wasser und 5 ml Öl. • Gib nun zu einem Reagenzglas 1 Tropfen Methylenblau-Lösung, verschließe es mit einem Stopfen und schüttle es kräftig. • In das andere Reagenzglas gibt dir die Lehrerin/der Lehrer eine kleine Spatelspitze Sudan-III-Pulver. Verschließe es mit einem Stopfen und schüttle auch dieses kräftig. Aufgaben

I/G

1. Zeichne deine Beobachtungen in die 4 Reagenzgläser, einmal für die rote, einmal für die blaue Mischung – die Veränderungen sollen wie in einem Film zu erkennen s...