FBA

Eine kurze Geschichte

Seit dem Schuljahr 1990/91 veranstaltet die Gesellschaft Österreichischer Chemiker - Arbeitsgruppe Chemische Ausbildung - eine Prämierungsaktion für Fachbereichsarbeiten aus Chemie - ein zusätzlicher Anreiz für SchülerInnen, eine Fachbereichsarbeit aus Chemie zu schreiben. Erfreulich ist, daß bereits zwei Kandidaten unserer Schule unter den Preisträgern der GÖC waren: 1990/91 Christina Rabel und 1994/95 Klaus Oberecker.

Die Themen der Fachbereichsarbeiten reichen dabei österreichweit von einfachen Wasseranalysen bis hin zu biochemischen und biotechnologischen Themen. LSD war dabei genauso schon ein Thema wie die Analyse von Inhaltsstoffen des Apfelmostes, Sprengstoffanalyse, Tabak und Nikotion, Biochemische Aspekte der DNA, Spurenanalytische Untersuchung von Einschußlöchern und viele mehr. Es ist immer wieder erstaunlich, welche Ideen Schüler für eine Fachbereichsarbeit haben und wie sie diese dann zum Teil auch recht gut in die Tat umsetzen.

Erwähnenswert ist, daß es auf diesem Gebiet kaum eine Arbeit gibt, in der nicht das Experiment eine tragende Rolle spielt. So war beispielsweise auch das eher theoretisch anmutende Thema Tanz der Elektronen voll von Versuchen und wurde 1993/94 auch mit dem Agnus-Ruis-Sonderpreis für die beste experimentelle Arbeit ausgezeichnet. Neben diesem Sonderpreis gibt es in letzter Zeit auch noch den Max-Perutz-Sonderpreis für die beste biochemische Arbeit und den VCÖ-Sonderpreis für die beste umweltchemische Arbeit.

Auch am BG/BRG Fürstenfeld finden sich immer wieder Schüler, die ihre Fähigkeiten in Form einer FBA aus Chemie kundtun wollen. Seit dem Schuljahr 1989/90 gibt es an unserer Schule die Möglichkeit, eine FBA im Rahmen der Ablegung der Reifeprüfung zu verfassen, und fast jedes Schuljahr machte zumindest eine Schülerin oder ein Schüler davon Gebrauch.

Bei der Themenauswahl versuchten die Schüler immer wieder Aktualität ins Spiel zu bringen, wie etwa 1989/90 Holger Auner mit seiner Arbeit Phosphate und Polyphosphate im Organismus und in der Umwelt. Die damalige Zeit stand im Zeichen der Phosphatbelastung durch Waschmittel, aber auch durch Düngemittel und Exkremente. Wußten Sie zum Beispiel, daß die Leute einer Kleinstadt wie Fürstenfeld etwa 10 Tonnen Phosphat pro Jahr produzieren?
Kläranlagenwasser wurde von ihm ebenso auf Nitrat, Nitrit, Ammonium und Phosphat untersucht, wie das Wasser der Feistritz, oder die Wirkung von Seifenflocken und Sasil auf die Wasserhärte.


Auch Christina Rabel hatte 1990/91 einen "Dauerbrenner" zum Thema ihrer Fachbereichsarbeit: Fette und Öle - ihre Bedeutung in den Organismen, in der Industrie und im Alltag. In ihrer Arbeit geht es um Eßgewohnheiten und Cholesterin ebenso wie um den Rapsmethylester.

Sie klärte uns über die Unterschiede Butter - Margarine sowie über die damals neu aufkommenden fettarmen, mit Wasser verlängerten Margarinen auf, die sie allesamt mit zeitaufwendigen und auch nicht gerade einfachen Methoden experimentell erfaßte. Dafür wurde ihr auch der 1.Preis im ersten Jahr der Prämierung von Fachbereichsarbeiten aus Chemie zuerkannt, der damals wie heute mit einem Geldbetrag verbunden ist.

1992/93 war Alexandra Löffler unter dem Titel Natürliche und künstliche süße Stoffe den Zuckern auf der Spur. Sie stellte im Labor selbst Zucker aus Zuckerrüben her und untersuchte auch so manchen Fruchtsaft auf Glucose, Fructose und Saccharose. Weiters setzte sie sich in ihrer recht gelungenen Arbeit mit dem Diabetikerproblem, dem Stoffwechsel der Kohlenhydrate und der Photosynthese im speziellen auseinander.

Auch die FBA Der Bauer als Chemiker - Äcker im Raum Riegersdorf von Wolfgang Hanfstingl aus dem Jahr 1993/94 hatte mit der Photosynthese zu tun. In eindrucksvoller Weise praktizierte er den Chemiker auf dem Felde und konnte überzeugend klarmachen, daß man durch einen geringen Aufwand an chemischen Untersuchungen Mutter Erde sehr viel ersparen kann und bei gezieltem Einsatz von Natur- und Handelsdünger gute Erfolge zu erzielen sind.

Mit gänzlich anderen Düften als in dieser Arbeit ging es dann 1994/95 bei Johannes Kropf in seiner Arbeit Chemische Technologie der Duftöle - ätherische Öle für Duftlampen weiter:

Mit großem Geschick gelang es ihm, die wohltuenden Gerüche aus Pflanzen und Früchten zu extrahieren und Düfte in der Retorte selbst herzustellen. Kritisch untersuchte er auch die Öle und Ester mittels Gaschromatographie und konnte hier so manchen Unterschied zwischen selbst hergestellten und gekauften ätherischen Ölen feststellen. Interessant und recht anschaulich sind auch seine Graphiken über die Biosynthese dieser Stoffklassen, der Terpene und Sesquioterpene, sowie der originelle Vorschlag zum Bau einer Topfdestille, einer "Destillation unter freiem Himmel".

Nicht wie in der nebenstehenden Abbildung angedeutet, sondern sehr gezielt entlockte Klaus Oberecker 1994/95 den südburgenländischen Weinen eine Menge Inhaltsstoffe und ließ diese "excel"mäßig konkurrieren.
Sein ewig junges altes Thema war Südburgenländische Weine. Diese Fachbereichsarbeit, die mit dem 1.Preis der Gesellschaft Österreichischer Chemiker ausgezeichnet wurde, wurde von Mag.Margit Delefant betreut. Klaus Oberecker hat mit seiner Arbeit gezeigt, daß die Südburgenländischen Weine in ihrer Qualität durchaus mit den "berühmteren" nordburgenländischen Sorten mithalten können.

Nach einer kurzen Durststrecke bezüglich der FBAs aus Chemie kam es im Schuljahr 1998/99 dafür umso gewaltiger: Gleich drei Kandidaten wählten sehr interessante Themen, allesamt sowohl praktisch als auch theoretisch relativ anspruchsvoll. Um dem interessierten Leser einen Überblick über die Einreichmodalitäten für FBAs beim LSR für Steiermark geben zu können, wird für die erste dieser Arbeiten auch das Ansuchen um Genehmigung ausführlich beschrieben (die Auswahl erfolgte dabei rein zufällig):

FACHBEREICHSARBEIT - Vorschlag für die Aufgabenstellung

Kandidat: Schneider Konstantin

Gegenstand: Chemie

Prüfer: Mag. Dietmar Pocivalnik

Titel (einschließlich Untertitel):
UV-VIS Photometrie in Theorie und Praxis anhand ausgewählter Beispiele

Disposition (kurze, übersichtsartige Darstellung der vom Prüfer erwarteten Behandlung des Themas):

  • Grundlagen und Bedeutung der Photometrie
  • Zusammenhänge verschiedener spektrometrischer Verfahren
  • Gesetzmäßigkeiten
  • Arbeitsmethoden in der Photometrie / Kolorimetrie
  • Computerunterstütztes Arbeiten
  • Aufnahme von Absorptionsspektren
  • Theorie der Farbigkeit von Stoffen, Beeinflussung derselben durch funktionelle Gruppen, Beweis im Experiment
  • Qualitative und quantitative Versuche zur Photometrie im Unterricht anhand ausgewählter Beispiele (Schwermetalle, Spurenelemente, Nährstoffe, Farbstoffe und dergleichen)
  • Ausarbeitung von Arbeits- und Lösungsblättern zur Photometrie / Kolorimetrie in unterschiedlichen Leistungsstufen

Schon vor der eigentlichen Einverständniserklärung durch den zuständigen Landesschulinspektor begannen die drei mit ihrer Arbeit - im Wissen, vielleicht voreilig etwas begonnen zu haben. Anfang Oktober kam dann die Bestätigung der Aufgabenstellungen und bis zur Abgabe Mitte Februar investierten sie Hunderte von Stunden in ihre Arbeit.

Konstantin Schneider arbeitete sowohl mit einem Hitachi U1100 (200 bis 1100nm) mit RS232 Schnittstelle und Dilab-Software als auch mit einem Windaus LF204 (für Arbeiten vor Ort, batteriebetrieben, mit 4 Wellenlängen zur Messung). Er erbrachte eine solide Leistung im theoretischen Teil, praktisch zeigte er sich sehr geschickt und interessiert. Wollte einmal etwas nicht gelingen, schaffte er es letztenendes immer wieder, dennoch gute Resultate zu erzielen. In seinem Nachwort schrieb er u.a.: "... kann ich nur sagen, ich bereue es in keinster Weise, mir diesen, nicht den leichtesten Weg zur Matura ausgesucht zu haben. Ich bin mir sicher, diese wertvollen Erfahrungen..." oder "... die FBA war ein Teil meiner Arbeit seit die Schule im Herbst begonnen hat und es sind viele, viele Stunden mit Arbeit erfüllt gewesen."

Die Arbeit Skript zur qualitativen Analyse ausgewählter organischer Verbindungen mit Unterstützung spektroskopischer Daten von Thomas Rath entwickelte sich im Laufe der Zeit immer mehr zu einer kleinen Einführung in die organische Chemie, die durchaus auch zum Selbststudium geeignet ist. Daß vorwiegend nur Kohlenwasserstoff und Kohlenwasserstoffverbindungen besprochen werden tut nichts zur Sache. Bemerkenswert ist seine Geduld und Ausdauer - hat er doch hunderte von organischen Substanzen auf unterschiedlichste Art und Weise untersucht, die Reaktionen tabellarisch festgehalten, interpretiert und letzen Endes ein für den Schüler sehr brauchbares Schema mit kurzen Anleitungen - wiederum zum Selbststudium - geschaffen.
Er bespricht sowohl Vor- als auch Nachteile der qualitativen Analyse und geht sehr ausführlich auf die Bedeutung der Spektroskopie in der Analytik ein. Die Interpretation der IR, NMR, MS und UV-spektroskopischen Daten, allgemein und anhand ausgewählter Beispiele, die Erstellung eines Konzeptes zur qualitativen Analyse im Rasterschema, die Erarbeitung von Beispielanalysen von reinen Stoffen und Stoffgemischen und die Ausarbeitung von Arbeitsblättern zur qualitativen Analyse unter Zuhilfenahme von spektroskopischen Daten machen dieses "Skript" nicht nur interessant für Projekte in Maturaklassen, sondern es eignet sich auch hervorragend für das Arbeiten während der Chemieolympiade - Vorbereitungskurse an unserer Schule. Eine reife Leistung, die auch österreichweit Anerkennung fand.

Auch eine österreichische Anerkennung für seine ausgezeichnete Leistung (Ehrenpreis der GÖC - Arbeitsgruppe "Chemische Ausbildung") erhielt Clemens Huber für seine Arbeit Theoretische und experimentelle Chemie der Komplexe der d-Block Elemente. Auch diese Arbeit ist so konzipiert, dass man nach einer kurzen Einführung in die Komplexchemie (Purpureokobaltchlorid, 18.Jh.) - Definition, einfache Theorie der Komplexbindung, Geometrie der Komplexe, Nomenklatur der Komplexe der d-Block Elemente (Pentaminchlorocobalt(I)-chlorid, 20.Jh.) - anhand von Übungsbeispielen (mit Lösungen) sein Wissen nicht nur theoretisch testen kann, sondern durch den Part "Herstellung von einfachen Präparaten" und der "Bedeutung der Komplexe in der qualitativen und quantitativen Analyse" auch gleich praktisch umsetzen kann.
Der zweite Teil seiner Arbeit geht dann vor allem im theoretischen Teil - Ligandenfeldtheorie und Molekülorbitaltheorie der Komplexe - zwar weit über den "normalen" Stoff der 8.Klasse hinaus (ÖCHO- bzw Universitätsniveau), aber seine Ausarbeitung von Arbeits- und Lösungsblättern zur Komplexchemie auf unterschiedlichem Leistungsniveau machen auch diese FBA zu einem "Renner" an unserer Schule. Auch das Layout der FBA ist wie bei den beiden anderen Arbeiten sehr professionell.

Im Jahr 2000/01 folgte dann eine FBA von Maria Schag, die von Mag. Gabriele Weber betreut wurde. Das Thema: Moleküle - verknüpft, verknäuelt, vernetzt. Nur unschwer läßt sich hier hinter dem Thema der Inhalt der Arbeit erahnen: Es geht um die Welt der Kunststoffe, ihre Synthesen, mannigfaltigen Verwendungen, Nach- und Vorteile. Kunststoffe - verpönt, wie so vieles Anderes, das mit Chemie zu tun hat, aber nicht mehr aus unserem Leben wegzudenken.

2001/02 wählten zwei Burschen den Weg zur Matura über eine Fachbereichsarbeit und vorweg, es waren nicht leichte Themen und in beiden Fällen erforderte der experimentelle Zugang zum Thema sehr viele - schöne - Stunden (an Nachmittagen bzw auch an Sonn- und Feiertagen) im Labor: Sebastian Trousil und Franz-Ferdinand Roch.
Sebastian Trousil, der ein Jahr seiner Schullaufbahn in Kanada verbrachte, gibt in seiner Arbeit Ibuprofen - die Entwicklung eines Arzneistoffes in Theorie und Praxis nicht nur einen historischen Abriss der Arzneimittellehre, sondern geht auch näher ein auf Schmerz und Schmerzmittel, M&oumL,glichkeiten der Synthesen von Medikamenten, den langen Weg von einer Idee bis zur Vermarktung eines Medikaments, auf die verschiedenen Synthesemöglichkeiten der organischen Chemie und die neuen Methoden der Biochemie und Biotechnologie. In seiner Abhandlung findet man aber nicht nur bisweilen exotisch anmutende Reaktionen um Ibuprofen, sondern vor allem auch den Bezug zur Praxis. In vier aufeinanderfolgenden Syntheseschritten versuchte er, den Weg vom Ausgangsprodukt zum Endprodukt im Labor praktisch nachzuvollziehen.

Dabei entschied er sich für folgende Methode:



Ihm wurde schnell klar, dass seine Reaktionen bei weitem nicht so gezielt ablaufen, wie sie am Papier darstellbar sind. Statt eine neue Verbindung pro Schritt zu erhalten, gab es deren mehrere, doch nur eine war für die weitere Reaktion brauchbar. Ihm wurde bald auch klar, dass es langwierig ist, die gewüschte Substanz aus einem Repertoire von ähnlichen Verbindungen zu isolieren, zu reiningen und die Methoden zu optimieren. Dass ihm das aber sehr elegant gelungen ist, zeigt die Würdigung der Arbeit durch die Jury, bestehend aus lauter "Fachkollegen". Das doch z.T. gut ausgesatttete Chemielabor der Schule musste allerdings um einige Glasschliffapparaturen erweitert werden, wofür noch Sponsoren fehlen. Auch die Unterstützung der Universität wurde gesucht, wenn es galt, selbst hergestellte Substanzen spektroskopisch zu vermessen oder Literaturrecherchen zu betreiben.

Zusammenfassend kann man über diese mit einem Experimentalpreis ausgezeichnete FBA sagen: Sebastian Trousil hat sich für den schwierigsten Teil der Schwerpunktprüfung bei der Matura entschieden, eine Fachbereichsarbeit. Er hat sich selbständig mit einem Thema über Monate hinweg auseinandergesetzt und eine Spitzenleistung erbracht. Seine Arbeit ist mehr als ein Zusammentragen von Daten und Fakten, seine Arbeit ist ein eigenständiges Werk, vielfältig und differenziert zugleich. Er verbindet Geschichte, Philosophie, Ethik mit Chemie, Biochemie, Physiologie und die theoretische Chemiem mit der Praxis eines Naturwissenschaftlers insbesondere eines Synthesechemikers. Seine Arbeit entspricht voll dem Leitbild der Allgemein bildenden Höheren Schulen: "den Schülern eine umfassende und vertiefte Allgemeinbildung zu vermitteln und sie zur Hochschulreife zu führen".

Am Anfang der Fachbereichsarbeit Schritt für Schritt zum Endprodukt - from acetic acid and urea pura to veronal von Franz-Ferdinand Roch heißt es unter anderem: "We spend about 8 hours/day, 56 hours/week, 224 hours/month and 2.688 hours/year doing it ... that´s right ... SLEEPING. One third of our lives we are apparently doing nothing. But is sleep really doing nothing? It looks like it ... a person´s eyes are closed, muscles are relaxed, breathing is regular; there is no response to sound or light. However, if you take a look at what is happening inside the brain, you will find quite a different situation - the brain is very active."

"Für die meisten Menschen ist der Schlaf so selbstverständlich, dass sie sich über seine Entstehung oder seinen Sinn kaum Gedanken machen. Doch es gab schon immer welche, egal von welchem Flecken der Erde, die er besonders fasziniert hat." schreibt Franz-Ferdinand Roch in seiner FBA. Und er war auch fasziniert, was es da so alles über den Schlaf, Schlafstörungen, ... Schlafmittel, deren Wirkweisen und Synthesen zu erzählen und zu erfahren gab.

Auch Poeten und Schriftsteller machten sich über dieses Thema Gedanken. Schon in der griechischen Götterwelt waren Hypnos (gr. Schlaf) und Thanatos (gr. Tod) Brüder. Das gleiche findet man bei den Germanen. Und auch Ovid nannte den Schlaf das "Abbild des Todes". Diese Ähnlichkeit zwsichen ruhigem Schlaf und Tod findet man auch als häufiges Motiv in Märchen, Sage und Dichtung. Sei es nun in Schneewittchen, Dornröschen oder Shakespeares "Romeo und Julia", in dem sich Julia mit Hilfe eines Kräutergeists in Scheintod versetzt um ihrer Familie zu entgehen und Romeo heiraten zu können.

So weit so gut. Die Synthese von Veronal, ausgehend vom Malonsäure (Propandisäure) - Veresterung, Dialkylierung, Aminolyse mit Harnstoff - um nur die wichtigsten Schritte zu erwähnen, hat er sich allerdings leichter vorgestellt. Alles in allem schrieb er eine sehr solide Arbeit, gut gegliedert, reich mit Illustrationen und Bildern versehen, fast perfekt im Layout, übersichtlich und mit vielen Reaktionsmechanismen und Versuchsbeschreibungen.
Treffend, wenn er das schreibt: "Die Wissenschaft über den Schlaf steckt noch in den Kinderschuhen, aber eines steht zweifelsohne fest: die FBA bereitete mir oft schlaflose Nä,chte, verkürzte REM-Phasen, aber auch tiefere Einblicke in Literatursuche, Recherche, Synthesechemie und präparatives Arbeiten in der organischen Chemie.". Die Arbeit wurde mit einem Ehrenpreis der GÖC ausgezeichnet.


Eine abschließende Betrachtung

Jede dieser hier aufgeführten Arbeiten war mit viel Zeitaufwand und großem Engagement der SchülerInnen verbunden, doch bei keinem hatte man den Eindruck, dass es verlorene Zeit war. Einige Auszüge aus verschiedenen Fachbereichsarbeiten mögen dies untermauern:

"Beide Bereiche, das Ausarbeiten der Themen und natürlich auch die praktischen Arbeiten, gaben mir einen kleinen Einblick in die Arbeit eines Wissenschaftlers."
"... möchte ich bemerken, dass ich nun, nach der Vollendung der FBA froh bin, mich entschlossen zu haben, eine solche zu schreiben, da ich während meiner Arbeit neue Erfahrungen gesammelt habe, die mir in meinem Leben sicherlich noch von Nutzen sein werden."
"Zum Abschluss kann ich nur sagen, ich bereue es in keinster Weise, mir diesen, nicht den leichtesten Weg zur Matura ausgesucht zu haben. Ich bin mir sicher, diese wertvollen Erfahrungen in meinem späteren Leben gebrauchen zu können."

Chemie ist schon lange nicht Sache von Spezialisten, sondern Teil der Allgemeinbildung, wie die Arbeiten unserer Schüler zeigen. Die steigende Anzahl von Fachbereischarbeiten aus Chemie zeigt einmal mehr das große Interesse der Jugend an der Chemie. In diesem Sinne gratuliere ich allen unseren FBA SchülerInnen im nachhinein nochmals zu ihrer Leistungsbereitschaft und ihrem Engagement und wünsche all den kommenden Kandidaten einer FBA aus Chemie interessante Stunden zu einem Thema ihrer Wahl.


Fachbereichsarbeiten aus Chemie seit 1986

Schuljahr Kandidat Thema Betreuer
1990/91 Holger Auner Phosphate und Polyphosphate im Organismus und in der Umwelt Mag.Dietmar Pocivalnik
1991/92 Christina Rabel Fette und Öle - ihre Bedeutung in den Organismen, in der Industrie und im Alltag Mag.Dietmar Pocivalnik
1992/93 Alexandra Löffler Natürliche und künstliche süße Stoffe Mag.Dietmar Pocivalnik
1993/94 Wolfgang Hanfstingl Äcker im Raume Riegersdorf Mag.Dietmar Pocivalnik
1994/95 Johannes Kropf Chemische Technologie der Duftöle - ätherische Öle für Duftlampen Mag.Dietmar Pocivalnik
Klaus Oberecker Südburgenländische Weine Mag.Margit Delefant
1998/99 Clemens Huber Theoretische und experimentelle Chemie der Komplexe der d-Block-Elemente Mag.Dietmar Pocivalnik
Thomas Rath Skript zur qualitativen Analyse ausgewählter organischer Verbindungen mit Unterstützung spektroskopischer Daten Mag.Dietmar Pocivalnik
Konstantin Schneider UV-VIS Photometrie in Theorie und Praxis anhand ausgewählter Beispiele Mag.Dietmar Pocivalnik
2000/01 Maria Schag Moleküle - verknüpft, verknäuelt, vernetzt Mag.Gabriele Weber
2001/02 Sebastian Trousil Ibuprofen - die Entwicklung eines Arzneistoffes in Theorie und Praxis Mag.Dietmar Pocivalnik
Franz-Ferdinand Roch Schritt für Schritt zum Endprodukt - from acetic acid and urea pura to veronal Mag.Dietmar Pocivalnik