Winterzeit ist Zeit für Experimente! Weite Teile Mitteleuropas versinken dieser Tage im Schnee. In manchen Regionen rund um die Alpen fällt sogar die Schule aus. Das ist _die_ Gelegenheit, die weisse Pracht näher zu erforschen!

Und da können sogar schon die ganz Kleinen mitmachen, denn die folgenden Experimente sind auch schon für Kinder im Kindegartenalter geeignet.

Was passiert, wenn Schnee warm wird?

Los geht es mit der alles bestimmenden Frage: Was passiert, wenn Schnee warm wird? Die Antwort ist einfach: Er schmilzt. Das weiss doch jedes Kind. Schnee ist ja schliesslich gefrorenes Wasser. Und wenn er schmilzt, wird daraus natürlich flüssiges Wasser.

Aber zur Zeit liegt draussen eine ganze Menge Schnee. Wenn der in ein paar Tagen einfach zu Wasser wird, müssten wir ja förmlich in den Wassermassen versinken….oder? Prüfen wir das doch ganz einfach nach.


Experiment 1: Wieviel Wasser steckt in einem Liter Schnee?


Ihr braucht dazu:

  • Einen Messbecher oder ein durchsichtiges Kunststoffgefäss, in das etwa 1 Liter Wasser passt (Glas kann bei plötzlicher Kälte springen, deshalb ist Kunststoff hier sicherer!)
  • genügend weichen, nicht zu nassen Schnee
  • eine kleine Schaufel
  • eventuell einen wasserfesten Filzschreiber

So geht’s:

Füllt den Messbecher bis zur 1-Liter-Marke mit Schnee. Wenn ihr keinen Messbecher habt, füllt euer Gefäss einfach nicht ganz bis zum Rand und markiert die Füllhöhe mit einem Strich. Wenn Kindergartenkinder noch keine Skala lesen können, kann ein farbiger Strich zur Erinnerung auch auf dem Messbecher angebracht werden.

Ein Liter Schnee, locker in den Messbecher geschaufelt

Stellt den Becher mit dem Schnee in einen warmen Raum und wartet etwa 3 bis 4 Stunden. Wenn ihr so viel Geduld nicht aufbringt, könnt ihr den Becher natürlich auch auf die Heizung oder in einem Topf mit heissem Wasser auf die Herdplatte stellen (Kunststoff nie direkt auf den Herd!). Dann geht es schneller. Gebt nur acht, dass ihr den Messbecher von der Wärmequelle nehmt, sobald der Schnee geschmolzen ist. Sonst verdampft zu viel Wasser!

Was geschieht?

Der Schnee schmilzt nach einiger Zeit vollständig. Es bleibt dabei aber sehr viel weniger als ein Liter Wasser übrig – in meinem Versuch gerade einmal 1/8 Liter (also 125ml)!

1 Liter Schnee geschmolzen: 1/8 Liter Wasser!
Der Schnee ist geschmolzen: Es bleibt nur 1/8 Liter Wasser!

Warum ist das so?

Lasst die Kinder zunächst Vermutungen anstellen. Vielleicht kommen sie ja selbst darauf: Der Schnee füllt das Gefäss nicht lückenlos. Das heisst, er muss Luft enthalten!


Bekommt man das Gefäss auch so voll mit Schnee, dass keine luftgefüllten Zwischenräume mehr bleiben?



Experiment 2: Wieviel Schnee kann man in das 1-Liter-Gefäss stopfen?


Ihr braucht dazu:

  • Den Messbecher oder euer 1-Liter-Gefäss
  • noch mehr Schnee
  • die Schaufel
  • eine Küchenwaage (für Kindergartenkinder, die noch keine Zahlen lesen und vergleichen können, ist eine Balkenwaage oder mechanische Anzeige, z.B. mit Zeiger, direkter erlebbar als eine digitale Waage – aber kein Muss)

So geht’s:

Stellt den leeren, trockenen Messbecher oder das Wassergefäss auf die Waage und schreibt euch das Gewicht auf.

Der leere Messbecher wiegt 112g.
Mein leerer Messbecher wiegt 112 Gramm.

Schaufelt dann draussen Schnee in das Gefäss und drückt ihn nach jeder Schaufelladung so fest hinein wie ihr könnt. Tragt dabei Winterhandschuhe oder arbeitet so zügig, dass euch weder der Schnee schmilzt noch die Finger abfrieren.

Trocknet das Gefäss aussen ab und wiegt es gleich noch einmal. Zieht dann das Gewicht des leeren Gefässes von dem des vollen Gefässes ab. Nun wisst ihr, wieviel Schnee ihr in euer Gefäss gestopft habt!

Messbecher mit Schnee auf der Waage
  • Gewicht meines vollen Messbechers: 653g
  • Gewicht meines leeren Messbechers: -112g
  • Gewicht des Schnees im Messbecher : 541g


Wer schon weiss, dass ein Liter Wasser rund 1 Kilogramm wiegt (für die fortgeschrittenen Physiker und Chemiker unter euch: Die Dichte von Wasser beträgt rund 1kg/l, also 1g/ml), der kann nun schon voraussagen, wie viel Wasser übrig bleiben wird, wenn der ganze Schnee geschmolzen ist. In meinem Messbecher sollten das 541ml sein.



Experiment 3: Wieviel Wasser steckt in dem gestopften Schnee?


Ihr braucht dazu:

  • den vollgestopften Becher von Experiment 2
  • noch ein paar Stunden Zeit oder eine Wärmequelle

So geht’s:

Stellt das mit Schnee vollgestopfte Gefäss an die Wärme und wartet – wie in Experiment 1 – bis der Schnee komplett geschmolzen ist. Dann lest die Skala ab. Wenn ihr keinen Messbecher mit Skala habt, markiert die Füllhöhe mit flüssigem Wasser mit einem zweiten Strich und vergleicht sie mit der Höhe des ersten Striches.

Was geschieht?

Der Schnee ist geschmolzen: Es sind etwas weniger als 550ml Wasser übrig – genau so viel wie erwartet!

Tatsächlich: In meinem Messbecher sind am Ende knapp 550ml Wasser! Genauer ist meine Skala nicht, aber die Rechnung scheint zu stimmen.

Aber: Das ist ja nur wenig mehr als die Hälfte von einem Liter, den ich vorher dicht mit Schnee vollgestopft habe! Obwohl ich mir so viel Mühe gegeben habe und es nicht danach aussah, ist immer noch fast das halbe Gefäss voller Luft gewesen!



Wie kann das sein, dass ich den Schnee einfach nicht dicht genug zusammenquetschen kann?


Noch ein Experiment: Schnee unter der Lupe

Um das zu erforschen, werdet ihr ein technisches Hilfsmittel brauchen: Eine starke Lupe, eine Fotokamera mit Makro-Objektiv oder leistungsstarkem Zoom, oder am besten ein einfaches Mikroskop.

Seht euch damit Schneeflocken oder ganz frisch geschneiten Schnee einmal genauer an (wie genau ihr das anstellt, zeige ich euch hier).

Schneeflocken unter meinem billigen USB-Mikroskop: Es handelt sich wunderschöne filigrane Eiskristalle!

Ihr werdet feststellen, dass Schneeflocken tatsächlich wunderschöne, filigrane Sterne sind, mit vielen Zacken und luftgefüllten Lücken dazwischen. Und diese Sterne bestehen aus Eis! Und Eis wiederum ist hart und steif. So ähnlich wie eure Legosteine.

Und wenn ihr die Legosteine alle zusammen in eine Kiste räumt, verkeilen und verhaken sich Fenster, Bäume und Figuren ineinander. So können sie nicht aneinander vorbei gleiten, so sehr ihr auch von oben darauf drückt. Davon gehen sie allerhöchstens kaputt. Aber es bleibt trotzdem noch reichlich Luft zwischen den Bausteinen.

Das gleiche passiert mit den Schneeflocken, wenn ihr darauf drückt: Die schönen Sterne verhaken sich ineinander, und viele Zacken brechen ab. Ganz zermahlen könnt ihr kleinen Eiskristalle mit blossen Händen aber nicht, sodass immer noch reichlich Luft zwischen den Trümmern bleibt. Und die sind – wie die luftgefüllten Räume dazwischen – so klein, dass man sie mit dem blossen Auge nicht sieht.

Und wenn man nun noch stärker drücken würde?

Beobachtungstipp:

Wenn ihr in einer Gegend seid, in der über längere Zeit sehr viel Schnee liegt und nachschneit (zum Beispiel in einem Skigebiet im Gebirge), betrachtet einmal die aufgestapelten Schneeschichten von der Seite. Das könnt ihr sehr gut, wenn der Schnee sich z.B. auf einer Hecke oder Mauer angehäuft hat: Das Gewicht der oberen Schneeschichten drückt die unteren Schichten zusammen. So werden die unteren Schichten immer dünner und fester.

Damit ergibt sich zum Schluss eine Frage für schlaue Forscher: Was passiert wohl mit den Schneeflocken in den unteren Schichten, wenn immer mehr Schnee oben drauf geschichtet wird…?

Wie Streusalz wirkt - Nutzen und Gefahren im Winterdienst

(Titelbild: CC BY-SA3.0 by Heidas)

Willkommen im neuen Jahr – mit viel Schnee bis in die Niederungen und entsprechend viel Streusalz auf den Strassen. Letzten Samstag habe ich zwei Schneepflügen zugesehen, die in aller Eile unseren Busbahnhof geräumt haben. Dabei fiel mir am Heck jedes Fahrzeugs gleich ein Streuteller ins Auge. Dieses runde Gerät dreht sich fortlaufend und verteilt – die Zentrifugalkraft ausnutzend – Streusalz auf die frisch geräumte Fläche.

Tatsächlich wird in der Schweiz im Vergleich zu anderen europäischen Ländern – besonders wenn man ihre Grösse und Bevölkerung berücksichtigt – nach wie vor ziemlich viel Salz gestreut. Aber warum machen die Städte und Gemeinden das? Wie kann Streusalz verhindern, dass es Glatteis gibt? Und wie sorgt es dafür, dass Eis und Schnee schmelzen?

Was ist Streusalz?

Das Salz, welches gegen Schnee- und Eisglätte gestreut wird, ist tatsächlich nichts anderes als gewöhnliches Kochsalz, also Natriumchlorid, NaCl. In Ländern wie Deutschland, die auf geniessbares Kochsalz eine Salzsteuer erheben, wird das Streusalz “vergällt”. Das heisst, es werden Stoffe hinein gemischt, die das Salz ungeniessbar machen. Deshalb ist Streusalz – das in grossen Mengen gebraucht wird – oft wesentlich preiswerter als Tafel- oder hochreines Labor-Salz.

Wenn das Streusalz auch bei sehr hartem Frost funktionieren soll, wird das Natriumchlorid zudem mit anderen Salzen wie Calciumchlorid, CaCl2, oder Magnesiumchlorid, MgCl2, vermischt. Diese Salze haben auch bei niedrigeren Temperaturen eine auftauende Wirkung.

All diese Salze bestehen aus Ionen, also elektrisch geladenen Atomen, die sich zu einem Gitter – einem Ionenkristall – zusammengelagert haben. In Wasser werden die Ionen jedoch voneinander getrennt: Jedes dieser Salze löst sich in Wasser. Aus Natriumchlorid entstehen dabei Natrium- und Chlorid-Ionen:

NaCl –(H2O)–> Na+(aq) + Cl(aq)

Wie kann Streusalz verhindern, dass Wasser gefriert?

Wenn flüssiges Wasser auf 0°C oder darunter abkühlt, lagern sich auch Wassermoleküle zu Eiskristallen zusammen. Allerdings sind Wassermoleküle nicht elektrisch geladen. Stattdessen sind die Elektronen in solchen Molekülen nicht gleichmässig verteilt, sodass ein Ende eines Wassermoleküls negativer, das andere positiver geladen ist.

Wasserteilchen mit zwei Ladungs-Schwerpunkten
Das Sauerstoff-Ende (rot) eines H2O-Moleküls hat einen negativen, das Wasserstoff-Ende (weiss) einen positiven Ladungsüberschuss.

Das lässt sich übrigens mit diesem spannenden Experiment ganz einfach zeigen.

Die negativ geladenen Enden wenden sich im Eiskristall den positiv geladenen Enden der nächsten Moleküle zu und umgekehrt. So bestimmen die Ladungsüberschüsse in den Wassermolekülen die Form des Eiskristallgitters.

Ein Modell eines Eiskristalls: Die schwarzen bzw. silbernen “Eckstücke” stellen Wassermoleküle dar, die Verbindungsstäbe stehen für Wasserstoffbrücken zwischen den unterschiedlichen Ladungsschwerpunkten benachbarter Moleküle.

Wenn man nun Kochsalzkristalle (“Salzkörner” sind ganz kleine Kristalle) in flüssiges Wasser mischt, lagern sich die Wassermoleküle mit dem jeweils entgegengesetzt geladenen Ende an die Natrium- und Chlorid-Ionen im Gitter an. Dabei drängen sich die Wassermoleküle derart heftig um die Ionen, dass diese schliesslich aus dem Ionengitter herausgelöst werden! Damit können die einzelnen Ionen vollständig von Wassermolekülen umlagert werden.

Natriumion mit Hydrathülle
Ein Natrium-Ion ist vollständig von Wassermolekülen umgeben, die dem positiv geladenen Ion ihre negativ geladenen Enden zuwenden. An diese innere Hülle lagern sich weitere Wassermoleküle an – das negative Ende wiederum dem Ion zugewandt – an, sodass eine Hydrat-Hülle sehr dick werden kann.

Chemiker sagen, die Ionen sind von einer “Hydrat-Hülle” umgeben, oder – kurz gesagt – “hydratisiert” (das “aq” in der Reaktionsgleichung oben meint genau diesen Zustand: Na+(aq) ist ein Natrium-Ion mit Hydrat-Hülle; “aq” steht dabei für das lateinische “aqua” für Wasser).

Wasser ist nicht multitaskingfähig

Damit sind die Wassermoleküle ziemlich schwer beschäftigt. Nicht einmal bei Temperaturen knapp unter 0°C können sie sich von den Ionen losreissen und ihre Plätze in einem Eiskristall einnehmen. Und da die Hydrathülle eines jeden Ions aus weit mehr als einer Molekül-Schicht besteht, ist schnell ein Grossteil aller Wassermoleküle zu beschäftigt, um zu gefrieren. Das Wasser mit den gelösten und hydratisierten Salz-Ionen bleibt also flüssig.

Erst bei Temperaturen unter -21°C (im Labor) bilden sich Mischkristalle, die aus Salz-Ionen und Wassermolekülen bestehen – kurz gesagt: Salzwasser-Eis. Das Kristallgitter von Salzwasser-Eis ist allerdings bei weitem nicht so regelmässig wie das von reinem Wasser-Eis. Das ganze Mischmasch hält einfach weniger gut zusammen. Deshalb ist der Gefrierpunkt von Salzwasser tiefer als der von reinem Wasser. Chemiker und Physiker nennen diesen Umstand “Gefrierpunkterniedrigung”.

Gefrierpunkterniedrigung auf der Strasse

Streut man also Kochsalz auf eine nasse Strasse, so bildet sich auch bei Temperaturen bis zu etwa -10°C kein Eis. Enthält das Streusalz zudem oder stattdessen Calcium- oder Magnesiumchlorid, kann das Wasser auf der Strasse auch bei bis zu -20°C flüssig bleiben. Diese Salze enthalten nämlich Ca2+– bzw. Mg2+-Ionen, die grösser als Na+-Ionen sind. Damit ist das Gitter von Calcium- bzw. Magnesium-Salzwasser-Eis noch unregelmässiger als das von Natrium-Salzwasser-Eis – und hält entsprechend noch weniger gut zusammen.

Und wenn es bereits friert: Wie kann Streusalz Eis schmelzen?

Eiswasser und Le Châtelier: Eine bewegliche Angelegenheit

Erreicht die Temperatur von Wasser (fest oder flüssig) den Gefrierpunkt (bei 0°C) können sich zuvor bewegliche Wassermoleküle zu einem festen Eiskristall zusammenlagern und sich daraus lösen und zu flüssigem Wasser werden. Das heisst: Während an einigen Orten an der Kristalloberfläche neue Moleküle hinzu kommen, werden an anderen Orten andere Moleküle wieder abgelöst. Ob dabei (mehr) Eis entsteht oder schmilzt, hängt davon ab, ob dem Wasser Energie zugeführt oder entzogen wird.

Sobald nämlich flüssiges Wasser und Eis miteinander vorhanden sind, ist das Ganze ein dynamisches (d.h. bewegliches) System, welches dem Gesetz von Le Châtelier gehorcht (das Le Châtelier höchstselbst uns hier am Flughafen erklärt).

Wird dem Eiswasser Energie entzogen (z.B. durch Kühlung), kommen mehr neue Moleküle zum Eis hinzu, als davon abgelöst werden, sodass irgendwann das ganze Wasser zu Eis erstarrt. Wird stattdessen Energie hinzugefügt (z.B. durch Erwärmen), verhält es sich umgekehrt: Es lösen sich mehr Moleküle vom Eis als hinzu kommen, bis das ganze Wasser flüssig ist.

Mit diesem spannenden Experiment könnt ihr feststellen, dass sich die Temperatur des Eiswassers durch Erwärmen tatsächlich nicht ändert, so lange Eis und Wasser miteinander vorhanden sind!

In einer Umgebung ohne sich verändernde äussere Einflüsse (insbesondere ohne Energie-Austausch, was im Alltag ziemlich unrealistisch ist), kann sich sogar ein dynamisches Gleichgewicht einstellen: Wenn stets ebenso viele Wassermoleküle zum Kristall hinzukommen wie sich davon lösen, gefriert und schmilzt das Wasser ständig – aber die Menge des Eises (und des flüssigen Wassers) ändert sich nicht!

Kochsalz übt einen Zwang auf das System aus

Bringt man nun Kochsalz (oder einen anderen Stoff mit “Auftauwirkung”) in ein solches Eiswasser-System, dann wird ein erheblicher Teil Moleküle des flüssigen Wassers mit der Bildung von Hydrat-Hüllen um die Ionen “beschäftigt”. Diese Moleküle “fehlen” dem Eiswasser-System damit regelrecht. Und gemäss dem Gesetz von Le Châtelier ist das System umgehend darum bemüht, diesen Verlust auszugleichen.

Das Fehlen der flüssigen Wassermoleküle führt also dazu, dass sich mehr Moleküle aus dem Eis lösen, um die Fehlenden zu ersetzen. Das sind mitunter so viel mehr Moleküle, dass insgesamt mehr Wasser flüssig wird als gefriert – obwohl ohne Salz mehr Wasser gefroren wäre! So kann die Gegenwart von Streusalz selbst bei Temperaturen unter 0°C Eis zum Schmelzen bringen.

Wie kommt man bei Frost zum dynamischen System?

Wenn ihr gut aufgepasst habt, werdet ihr jetzt vielleicht einwenden, dass das Auftauen nur funktionieren kann, wenn Eis und flüssiges Wasser vorhanden sind. Und letzteres gibt es bei Frost naturgemäss nicht!

Guter Einwand. Aber die Verwender von Streusalz wissen das natürlich auch. Deshalb streuen sie das Salz gleich mit flüssigem Wasser – als pflotschigen Salz-Matsch oder gar als mehr oder weniger flüssige Salzlösung – also als “Sole” wie die Fachleute so etwas nennen.

Ausprobieren könnt ihr das Ganze hingegen mit trockenem Salz – in eurer warmen Wohnung. Da beginnt Eis nämlich von selbst zu schmelzen und bekommt so eine feuchte Oberfläche. Wie könnt ihr das nutzen? Das zeige ich euch in dieser ganz herzigen Experimentier-Anleitung.

Wie schadet Streusalz der Umwelt?

So nützlich Auftausalz auch ist, bringt es doch eine ganze Reihe von Problemen für die Umwelt, in die es ausgebracht wird, mit sich.

Beeinträchtigung von Gewässern

Die grossen Mengen an Salzen, die auf Strassen und Wege gestreut werden, lösen sich äussert gut in Wasser. Das sollen sie ja auch, denn sonst würde das Ganze nicht funktionieren. Die Salzlösung, die aus Schneematsch und tauendem Eis entsteht, kann jedoch ebenso leicht wie ablaufendes Wasser in umliegende Gewässer geraten. Und Salzwasser hat eine höhere Dichte als das normalerweise dort vorhandene Süsswasser: Ein Volumen an Salzwasser ist schwerer als das gleiche Volumen Süsswasser!

Ein natürliches Gewässer, das aus mehreren Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur und Dichte besteht (die Dichteanomalie des Wassers führt dazu, dass reines Wasser bei rund 4°C die grösste Dichte hat), kann durch den Zufluss von Salzwasser von gestreuten Strassen eine oder mehrere neue Schicht/en erhalten. Solche neuen oder veränderten alten Schichten bringen die natürliche, temperaturgesteuerte Umwälzung der Wassermassen im Gewässer durcheinander, was die Verteilung von Sauerstoff und Nährstoffen beeinträchtigt und damit die Lebewesen im Gewässer gefährdet.

Schädigung von Bäumen und anderen Pflanzen

Die Gewächse im Binnenland und in Süssgewässern sind daran angepasst, dass sie Süsswasser “trinken” und ihre Nährstoffe daraus beziehen können. Das heisst, der Austausch von Wasser und darin gelösten Stoffen zwischen Wurzeln oder Blättern und ihrer Umgebung, der auf Osmose beruht (die ihr hiermit genauer erforschen könnt) ist fein auf einen geringen Salzgehalt abgestimmt.

Kurz gesagt nehmen viele Pflanzen- (und andere) Zellen um so mehr Wasser auf, je mehr Salze sie enthalten – und geben Wasser ab, wenn draussen mehr Salze sind als in ihrem Inneren. Das gilt jedoch nicht für Wurzeln, die Wasser mitsamt der darin enthaltenen Mineralstoffe (die nichts anderes als Salz-Ionen sind) aufnehmen sollen, von welchen die Pflanze sich ernährt.

Geraten diese Pflanzen nun unverhofft an Salzwasser von gestreuten Strassen, “trinken” sie das Wasser mitsamt dem vielen Salz. Das wiederum wird in die verschiedenen Pflanzenzellen verteilt und zieht weiteres Wasser nach sich: Die Zellen schwellen an und funktionieren nicht mehr richtig. In Folge dessen kränkeln die Pflanzen und gehen im schlimmsten Fall ein.

Tiere bekommen wunde Pfoten

Wer schon einmal mit einem Kratzer in der Haut im Meer gebadet hat, wird es selbst erfahren haben: Salzlösung tut weh! Sie kann die Haut reizen, besonders an empfindlichen vorgeschädigten Stellen. Wie zum Beispiel in den Zehenzwischenräumen von Säugetieren. Wenn es uns Menschen juckt oder zwickt, dann kratzen wir – die Tiere hingegen lecken solche wunden Stellen mit der Zunge. Im Speichel der Tiere wiederum lauern Keime, die so an die wunden Stellen geraten und Infektionen hervorrufen können, welche zu stärkeren Entzündungserscheinungen führen. Und mehr Salz in diesen Wunden tut wiederum weh, sodass mehr geleckt wird…

Mit dem Haushund oder der Katze können wir zum Tierarzt gehen, Salben auftragen und eine Halskrause anlegen, um das Lecken zu unterbinden – begeistert werden die Haustiere davon aber nicht sein. Und Wildtiere wie Füchse können in der Regel nicht einmal auf diese Hilfe zählen.

Korrosion von Metall- und Betonbauteilen

Vielleicht ist euch ja auch schon einmal aufgefallen, dass man in Häfen oder allgemein an der Meeresküste besonders viel Rost antrifft – tatsächlich rostet Eisen, das Kontakt mit Salzwasser hat, deutlich schneller als Eisen fernab vom Meer.

Das rührt daher, dass Wasser mit darin gelösten Salz-Ionen wesentlich besser elektrischen Strom leitet als Süsswasser oder gar reines Wasser. Und elektrische Leitfähigkeit ist für das Rosten und ähnliche Prozesse, die die Chemiker als “Korrosion” zusammenfassen, unverzichtbar. Korrosion ist nämliche eine Folge chemischer Reaktionen, bei welchen zwischen den Reaktionspartnern Elektronen ausgetauscht werden. Und Elektronen (oder andere geladene Teilchen) auf Wanderschaft sind…elektrischer Strom.

So können durch salzhaltiges Wasser Elektronen vom Eisen direkt zu dessen Reaktionspartnern wandern, was die Korrosion – das Rosten – besonders einfach macht. Was genau dabei geschieht, könnt ihr übrigens hier in meiner Rostparade nachlesen.

Autos, die über gesalzene Strassen fahren, rosten also ebenso schneller wie Brücken und andere Bauwerke aus Eisen, Stahl oder Stahlbeton, die rund um solche Strassen stehen.

Gibt es Alternativen zum Streusalz?

Da die Probleme, welche das Streuen mit Salz mit sich bringt, den Winterdiensten wohlbekannt sind, gibt es verschiedene Alternativen, die jedoch alle ihren eigenen Haken haben:

Harnstoff oder Ammoniumsulfat

Diese beiden Verbindungen haben eine ähnliche auftauende Wirkung wie Kochsalz und seine schwereren Verwandten. Allerdings enthalten sie Stickstoff (Harnstoff ist CO(NH2)2,Ammoniumsulfat ist (NH4)2SO4 !) in Verbindungen, die für viele Pflanzen sehr nahrhaft sind. Massenweise auf Strassen ausgebracht und im umliegenden Boden versickert können sie daher zu Überdüngung führen. Ausserdem ist auch Ammoniumsulfat eine Ionenverbindung und bringt die gleichen Probleme mit sich wie alle anderen Salze auch.

Abstumpfendes Streugut: Split, Sand, Blähton und ähnliches

Solche Streugüter sind im Prinzip nichts anderes als zerkleinerte Steine – weitgehend wasserunlöslich und unreaktiv. Damit gefährden sie zwar nicht den Stoffwechsel von Pflanzen und Tieren, müssen nach der Verwendung aber wieder eingesammelt und entsorgt werden. Würde man das nicht tun, würden Sand und Steinsplitter irgendwann Rinnsteine und Abflüsse verstopfen.

Und die Entsorgung oder gar Wiederaufbereitung von Streugut ist alles andere als einfach. Nachdem nämlich unzählige Autos darüber gefahren sind, ist das Streugut von Reifenabrieb und anderem Schmutz verunreinigt. Der müsste erst vom Streugut abgeschwaschen und dann seinerseits umweltschonend entsorgt werden.

Was ihr tun könnt, wenn euer Gehweg überfriert

Wenn ihr in Deutschland oder Österreich wohnt, werdet ihr keine grosse Wahl haben. Hier ist nämlich der Einsatz von Streusalz für Privatpersonen verboten (die Winterdienste der Kommunen streuen hingegen bei extremen Wetterbedingungen Salz auf den Strassen).

In der Schweiz gibt es dagegen kein generelles Verbot, sodass ihr hierzulande selbst entscheiden könnt, ob und womit ihr eure Gehwege streut.

Auf eurem privaten Garten- oder Fussweg, fernab von zahllosen Gummireifen, ist abstumpfendes Streugut eine gute Wahl für Pflanzen und Tiere. Ihr werdet es bloss immer wieder nachstreuen und schliesslich wieder einsammeln müssen, sobald Schnee und Eis geschmolzen sind.

Die beste Massnahme gegen Eisglätte auf Wegen und Strassen ist letztendlich das Schneeschippen. Denn was einmal geräumt ist, kann nicht mehr überfrieren und schmilzt im Frühjahr rückstandslos weg. Einzig bei überfrierendem Regen hilft das Schaufeln auch nicht weiter. Aber meiner Erfahrung nach ist das selbst hier in der Schweiz eine Ausnahme-Wettererscheinung.

Bevor ihr irgendetwas streut, empfehle ich euch, erst einmal zu schaufeln was das Zeug hält. Denn ganz ohne den Einsatz von Streugut wird es im heutigen Strassenverkehr kaum mehr gehen. Aber die Menge des dabei verwendeten Streusalzes kann so gering wie möglich gehalten werden. Und dabei könnt ihr alle mitmachen!

Und wie geht ihr gegen Schnee- und Eisglätte vor?

Forscher-Advent: 13 Experimente mit Kerzen

Liebe Leser,

Ich wünsche euch allen ein grossartiges neues Jahr voller Experimente und spannender Naturbeobachtungen! Nach unserer grossen Reise durch Australien war binnen weniger Tage Weihnachten…und das Jahr 2018 genau so schnell zu Ende.

So sind nun noch reichlich Kerzen übrig – und ebenso dunkle Tage im Januar, die sie erleuchten können. Habt ihr auch noch Kerzen? Dann habt ihr jetzt eine wunderbare Gelegenheit zu einer ganzen Reihe spannender Experimente!

Vorgestellt habe ich die Experimente mit Kerzen und Flammen bereits vor Weihnachten im Rahmen des Adventskalenders des Netzwerks Schweizer Familienblogs bei den Angelones – und dort findet ihr auch jetzt noch alles, was ihr zum Mitexperimentieren braucht und wissen müsst.

Viel Freude beim Stöbern und Mitexperimentieren wünscht

Eure Kathi Keinstein

Weihnachten mit Keinsteins Kiste: Experimente und mehr im Advent

Liebe Leser, Ich verbringe die Adventszeit dieses Jahr ganz unweihnachtlich im warmen Australien. Das bedeutet aber nicht, dass ihr ganz auf adventliche Experimente und Weihnachtsgeschichten aus der Naturwissenschaft verzichten müsst. Davon habe ich nämlich in den letzten Jahren so einige gesammelt, die nach wie vor spannend sind und viel Spass machen. Und dazu kommt dieses Jahr noch ein ganz neuer Artikel mit sage und schreibe 13 Experimenten! Deshalb gibt es heute eine Übersicht über alle Beiträge in Keinsteins Kiste zu Chemie und mehr rund um Advent und Weihnachten, die bis Weihnachten 2018 erschienen sind.

Experiment: Wie setzt sich Kerzenlicht zusammen? Untersucht Lichtquellen mit einem selbstgebauten Spektroskop!

Ihr möchtet euch die Wartezeit im Advent mit Forscher-Aktivitäten versüssen? Dazu braucht es nicht viel – nur eine Pappschachtel und eine alte CD. Damit könnt ihr nach dieser Anleitung ganz einfach ein eigenes Spektroskop bauen!

Spektroskop im Einsatz

Ich probiere das Keksschachtel-Spektroskop am Adventskranz aus

Schaut durch dieses Gerät auf eine Lichtquelle, und ihr könnt die einzelnen Farben sehen, aus welchen das Licht besteht. Gibt es Unterschiede zwischen Kerzenlicht und LED-Lichterketten? Strahlen Leuchtstoffröhren anders als die Sonne? Findet dies und mehr hier selbst heraus!

Weihnachtsgeschichte: Was war der Weihnachtsstern wirklich?

Diese Frage hat die neunjährige Sarah ihrem Onkel Balthasar gestellt, der ein echter Himmelsforscher ist. Der nimmt sie mit an seinen Arbeitsplatz, eine richtig grosse Sternwarte. Mit Hilfe von Onkel Balthasars Forscher-Kollegen findet Sarah heraus, wie die bunten Farben eines Lichtspektrums den Wissenschaftlern von der Zusammensetzung der Sterne erzählen. Dabei begegnet sie einigen fantastischen Himmelserscheinungen. Ob der Weihnachtsstern, dem die drei “heiligen Könige” nach Betlehem folgten, auch dabei ist? Wissenschaft zum Vorlesen (und Selberlesen), verpackt in eine weihnachtliche Geschichte findet ihr in diesem Beitrag! Der Weihnachtsstern : Himmelsphänomen oder Fantasieprodukt?

Spannende Wissenschaft: Der molekulare Weihnachtsmann

Auch in unseren Zellen weihnachtet es – und das das ganze Jahr über. Da spaziert nämlich ein Molekül von den Fabriken im Zellinnern zur Zellaussenhaut und schleppt einen grossen Sack voller Geschenke mit sich….ja, richtig gelesen: Da _spaziert_ ein Molekül! Dieses Molekül ist das Transportprotein Kinesin, das sich tatsächlich auf eigenen Füssen an den Streben des Zellskeletts entlang bewegen kann. In vielfacher Ausführung kann es so säckeweise frisch produzierter Hormone zum Versand durch Aussenhülle der Zelle verfrachten. Und einige dieser Hormone können uns wahrhaft glücklich machen. Damit wird der molekulare Weihnachtsmann wahrlich seiner Rolle gerecht. Ein Kinesin-Molekül läuft mitsamt Geschenkesack über ein Aktin-Filament Erfahrt in diesem Einblick in die Zellbiologie, wie Kinesin-Moleküle laufen lernen und mit Hilfe fleissiger Weihnachtselfen ihre Geschenke ausliefern. Und wo es einen Weihnachtsmann gibt, gilt immer (auch hier): Obacht vor dem Grinch! Oder möchtet ihr selbst im Forscher-Labor Geschenke basteln? Da habe ich gleich drei Vorschlage:

Experiment: Weihnachtskugeln mit Silberspiegel

Warum kann man sich eigentlich in Christbaumkugeln spiegeln? Weil sie mit Silber beschichtet sind – und zwar von innen! Aber wie kommt das Silber in die Glaskugel? Das könnt ihr in diesem Experiment ausprobieren und dabei eure eigenen Kugeln verspiegeln.

Links eine unbehandelte Ersatzkugel, rechts die selbst verspiegelte Kugel

Dazu benötigt ihr Silbernitrat – ein Salz, das Silber-Ionen enthält. Ihr bekommt es in der Drogerie oder Apotheke – für ein paar Franken oder Euros, die in diese ganz besondere “Bastelarbeit” gut angelegt sind. Schliesslich kommt ja echtes Silber dabei raus! Um aus diesen Silber-Ionen das spiegelnde Edelmetall zu machen, braucht ihr nichts weiter als Zucker und eine Wärmequelle. Den Rest – wie ihr das Silbersalz dazu bringt, auf der Kugeloberfläche zu Silber zu reagieren und wie ihr die Reste sicher entsorgt (Silber ist ein Schwermetall!) – erfahrt ihr hier in der Experimentier-Anleitung.

Experiment: Kristalle züchten

Neben spiegelnden Christbaumkugeln machen sich auch funkelnde Kristallsterne gut als Baumschmuck. Und die könnt ihr ganz einfach selber züchten. Ihr braucht dazu Alaun – ein Salz, das ihr in der Apotheke oder Drogerie kaufen könnt, und destillatgleiches Wasser (“Bügelwasser”), das ihr in jedem Supermarkt beim Haushaltszubehör findet. Dazu kommen ein paar Tage Geduld und ihr könnt wunderschönen Kristallen beim Wachsen zusehen. Mit diesen Kristallen lassen sich natürlich nicht nur Sterne züchten – eurer Fantasie sind keine Grenzen gesetzt: Sollen es lieber Herzen, Engel, Tannenbäume sein? Und wenn ihr Zugang zu anderen, farbigen Salzen habt (wie Kupfersulfat oder Chrom-Alaun), könnt ihr sogar farbigen Baumschmuck züchten! Hier in der Experimentier-Anleitung bei den Monstamoons stelle ich die schneeweisse Ausführung mit einfachem (Kali-)Alaun vor.

Experiment: Schneekugeln selber machen

Eine selbstgestaltete Schneekugel ist ein wunderschönes Geschenk für eure Lieben! In der ganz einfachen Ausführung wird einfach Glitzer in destillatgleiches Wasser gemischt und in ein gestaltetes Glas gefüllt. Was aber, wenn ihr “richtige” Schneeflocken in eurer Kugel haben wollt? DIY Schneekugeln mit Benzoesäure Die könnt ihr aus Benzoesäure selbst herstellen. Dem Namen zum Trotz ist Benzoesäure ein Feststoff, eine organische Verbindung, die oft als Lebensmittelzusatzstoff zum Einsatz kommt. Deshalb könnt ihr sie auch problemlos in der Drogerie oder Apotheke kaufen. Zur Herstellung von Schneeflocken wird das kochsalzähnliche Pulver direkt im Schneekugel-Wasser “umkristallisiert”. Wie das geht, zeige ich euch hier in der Experimentier-Anleitung gemeinsam mit Mikkis Weihnachtengeln.

Experimente: 13 Versuche mit Kerzen

Und damit euch auch ganz bestimmt nicht langweilig wird, gibt es zum Schluss noch etwas Neues: Im Rahmen der Advents-Blogparade der IG Schweizer Familienblogs bei den Angelones stelle ich euch 13 ganz einfache Experimente mit Kerzen vor. Ganz einfach heisst dabei aber nicht weniger spektakulär. Denn eine Kerzenflamme ist nicht nur heiss und hell, sondern über alle Massen faszinierend. Warum brennen Kerzen eigentlich? Könnt ihr eine Kerzenflamme um ein Hindernis herum ausblasen? Wie erschafft man eine halbe Flamme? Was passiert, wenn man ein Glas über eine Kerze stülpt? Warum sind Adventskranz und Weihnachtsbaum brandgefährlich? Die Antworten auf diese und mehr Fragen könnt ihr in dieser Experimentier-Anleitung und vor allem durch selbst Ausprobieren finden! Forscher-Advent: 13 Experimente mit Kerzen   Nun wünsche ich euch viel Spass beim Lesen, Stöbern, Basteln und Experimentieren im Advent! Zumindest rechtzeitig zu Weihnachten werden wir wieder im Lande sein. Und dann würde ich mich sehr über eure Berichte und Ergebnisse vom Nachbasteln und -Experimentieren freuen! Eure Kathi Keinstein

Seit April 2019 ist dieser Beitrag Teil der Blogparade “Dein krassestes Müll-Erlebnis” auf www.aktiv-durch-das-leben.de . Denn allein die Recherche für diesen Beitrag als solche war schon krass!

Rauchen schadet der Gesundheit – das weiss jeder, denn es steht schliesslich auf jeder Tabak-Packung. Dass Zigarettenabfälle ebenso der Umwelt schaden, wird dabei jedoch verschwiegen. Und wer kennt sie nicht, die in Bahngleisen, an Strassenrändern, in Parks und an Stränden herumliegenden Zigarettenkippen, die viele Leute achtlos in die Gegend werfen. Selbst in der deutschsprachigen Schweiz findet man sie noch. Und hier sei das achtlose Wegwerfen von Zigarettenkippen innerhalb Europas noch am meisten verpönt.

 

Wie ein winziger Stummel zum Problem wird

Einze Zigarettenkippe ist doch winzig, oder nicht? Die Weltgesundheitsorganisation WHO schätzt das Gewicht eines Filters, 5x5x15mm, auf 0,17g. Was kann so ein kleines Ding schon stören? Die Menge machts: Von 5 bis 6 Billionen (das ist eine 5 oder 6 mit 12 Nullen!) Zigaretten, die weltweit in einem Jahr geraucht werden, landeten laut WHO im Jahr 2014 bis zu 4 Billionen Filter irgendwo in der Gegend – und nicht im vorgesehenen Aschenbehälter. Das sind bis zu 680’000 Tonnen Zigarettenkippen!

Und wir alle wissen, wie abstossend es aussieht, wenn die überall herumliegen. Dabei ist der äussere Eindruck noch das kleinste Problem.

 

Warum gibt es Zigarettenfilter, wenn die so viel Abfall machen?

Bis in die 1950er Jahre bestanden Zigaretten nur aus Tabak und einer Papierhülse, die weitestgehend verbrannten. Dann fand man heraus, dass der Tabakrauch neben dem Nicotin, auf das man es abgesehen hatte, reihenweise (weitere) gesundheitsschädliche Stoffe enthält: Schwermetalle, Verbrennungsrückstände wie aromatische Kohlenwasserstoffe, Teer und viele mehr… und die alle atmeten die Raucher ungehindert ein – und wurden all zu schnell krank davon.

Nun tragen krankmachende Produkte nicht gerade zum guten Ruf eines Industriezweigs bei. Deshalb ersannen die Hersteller eine Vorrichtung, um die gesundheitsschädlichen Stoffe (zumindest teilweise) vom übrigen Rauch abzutrennen, bevor der Raucher ihn einatmet: Einen Filter.

Wie ein Filter funktioniert

Ein Filter ist ein poröses – also ein von winzigen Öffnungen durchzogenes – Material, durch welches der Rauch hindurchströmt. Dabei bleiben bestimmte Partikel – weil sie zu gross für die Öffnungen sind – in dem Material hängen, während kleine Moleküle ungehindert hindurch gelangen können.

Ein ganz einfacher Filter ist das Spielzeugsieb im Sandkasten: Feiner Sand gelangt hindurch, gröbere Kiesel bleiben in den Maschen hängen. Auch ein Kaffeefilter funktioniert so: Wasser mit darin gelösten Farb- und Aromastoffen gelangt hindurch, während die groben Kaffeesatz-Partikel im Filter zurückbleiben.

Das passende Material, um Billionen handliche, möglichst leichte Filter für Zigarettenrauch herzustellen, war seinerzeit und bis heute ein Kunststoff namens Celluloseacetat.

 

Was ist Celluloseacetat?

Cellulose: Ein Naturstoff

Cellulose ist ein Biopolymer, d.h. ein riesenlanges Kettenmolekül, das von Lebewesen hergestellt wird. Und zwar in diesem Fall von Pflanzen. Die speichern nämlich ihre energiereichen Zucker – speziell Glucose, die sie per Fotosynthese herstellen – indem sie die kleinen Zucker-Moleküle zu langen Ketten aneinander knoten: Cellulose ist damit ein Vielfachzucker, ein Polysaccharid. Die Rohform, in welcher Cellulose in der Industrie aus Pflanzen gewonnen wird, ist besser als “Zellstoff” bekannt. Sie dient unter anderem zur Herstellung von Papier.

Ein Ausschnitt aus einem Cellulose-Molekül - dem Rohstoff für die Herstellung von Zigarettenfiltern

Zellulose – ein Biomolekül. Die Zeichnung zeigt ein sich immer wiederholendes Kettenglied.

Es gibt reichlich Mikroorganismen, die sich von lebenden oder toten Pflanzenteilen ernähren. Die leben entweder eigenständig oder besiedeln den Verdauungstrakt verschiedener pflanzenfressender Tiere (und des Menschen!). Dort übernehmen sie für ihre grossen Wirte die Verarbeitung der Cellulose zu verwertbaren Einfach- oder Zweifachzuckern. Damit ist Cellulose gut biologisch abbaubar.

Essigsäure: Ein weiterer Naturstoff kommt dazu

Wenn man die Cellulose aber mit reiner Essigsäure (und einem passenden Katalysator) zusammenbringt, können die Essigsäure-Moleküle mit den OH-Gruppen der Glucose-Ringe in der Cellulose reagieren. Die Reaktion wird Veresterung genannt: Aus einer Säure (hier Essigsäure) und einem Alkohol (ein Stoff mit OH-Gruppen, hier die Cellulose – ja, Zucker sind chemisch gesehen Alkohole) entsteht ein sogenannter Ester.

Chemiker benennen solche Stoffe als [Säure][Alkohol]-Ester (hier so etwas wie “Essigsäurecellulosyl-Ester”) oder als [Alkohol][Salz/Rest der Säure] (hier: “Celluloseacetat” – denn die Salze und andere Verbindungen der Essigsäure heissen “Acetate”). Da die Cellulose an diesem Molekül den Löwenanteil hat, ist der zweite Name treffender. Deshalb hat sich “Celluloseacetat” als Name für diesen Ester allgemein durchgesetzt.

Celluloseacetat: In dieser Ausführung sind zwei von drei OH-Gruppen der Zucker-Ringe mit Essigsäure verestert.

Celluloseacetat für Zigarettenfilter: Zwei von drei OH-Gruppen der Cellulose sind nun mit je einem Essigsäurerest (CH3COO-) verestert.

Je nachdem, wie viele OH-Gruppen der Cellulose so verestert sind, haben die verschiedenen Celluloseacetate leicht unterschiedliche Eigenschaften. Für die Herstellung von Fasern – auch für Zigarettenfilter – eignet sich die Sorte mit zwei von drei veresterten OH-Gruppen pro Glucose-Ring besonders gut.

Aber: Aus zwei Naturstoffen wird ein Kunststoff

Und da auch Essigsäure ein Naturstoff ist, könnte man meinen, Celluloseacetat trage seine Bezeichnung als “Biokunststoff” zu Recht. Es gibt allerdings ein Problem damit:

Die Essigsäurereste an den Zuckerketten sind so sperrig, dass die massgeschneiderten Enzyme von cellulosefressenden Mikroben die Acetylcellulose kaum mehr spalten können. Und da Acetylcellulose ein Kunststoff ist, hält die Natur dafür keine (bekannten) massgeschneiderten Enzyme bereit. Somit hat Acetylcellulose eine unliebsame Eigenschaft mit den Erdölkunststoffen gemein: Sie ist nur schwerlich biologisch abbaubar (das dauert mindestens 15 Jahre, in Salzwasser angeblich sogar bis 400 Jahre!).

Das mag den Herstellern von Textilfasern vielleicht gefallen: Wer möchte schon Kleidung oder Regenschirme, die sich bei Wind und Wetter langsam auflösen? Wenn es um Wegwerfprodukte wie Zigarettenfilter geht, wird die mangelnde oder fehlender Abbaubarkeit aber zum Problem. Denn einmal weggeworfen bleibt so ein Kunststoff viel zu lange unbehelligt liegen.

 

Kann man Celluloseacetat recyceln?

Mit vielen Kunststoffen kann man das. Auch mit Celluloseacetat dürfte das nicht all zu schwer sein. Ester sind nämlich empfindlich gegenüber basischen Stoffen. Eine Base katalysiert nämlich die sogenannte Ester-Verseifung (mit dieser Reaktion wird auch Seife hergestellt, deshalb heisst sie so!) : Aus einem Ester werden in basischer Umgebung wieder Säure und Alkohol – also Essigsäure und Cellulose. Und die mag man voneinander trennen, um die Cellulose weiter abzubauen oder wiederzuverwerten…

Oder man verwendet zur Herstellung von Zigarettenfiltern statt Acetylcellulose einen anderen, biologisch abbaubaren Stoff. Dann müsste man die Billionen von Kippen nicht einmal wieder einsammeln, um sie zu recyceln…

Schön wäre es, wenn das so einfach wäre. Leider wird dabei nicht berücksichtigt, welchem Sinn und Zweck Zigarettenfilter dienen: Die filtern giftige Stoffe aus dem Rauch. Die dann zwangsläufig im Filter hängen. Und die vor dem Recycling da wieder raus zu bringen wäre aufwändig und teuer – und sie in abbaubaren Filtern liegen zu lassen nicht weniger gefährlich.

 

Das eigentliche Problem mit Zigarettenfiltern

… ist somit nicht der Kunststoff, aus dem sie bestehen. Sondern das, was nach dem Rauchen darin ist. Und in Zigarettenrauch lassen sich bis zu 9600 verschiedene Stoffe nachweisen, von welchen laut WHO mindestens 7000 gefährlich sind.

Im Zigarettenfilter bleiben davon vor allem jene hängen, die zu grösseren Partikeln zusammen klumpen und so nicht mehr durch die Poren passen.

Dazu gehören unter anderem

  • Kohlenwasserstoffe (“Teer”: sowohl langkettige, wie man sie auch als Erdölbestandteile kennt, als auch ringförmige (“cyclische”) und aromatische Kohlenwasserstoff, darunter Benzol, Toluol und die ebenso als krebserregend bekannten PAK bzw. PAH (Polyaromatischen Kohlenwasserstoffe bzw. polyaromatic hydrocarbons)
  • Phenol und damit verwandte Stoffe, die ebenfalls zu den aromatischen Verbindungen zählen und giftig sind
  • Nicotin und andere Giftstoffe aus der Gruppe der Alkaloide
  • Schwermetallionen z.B. von Cadmium, Quecksilber, Kupfer, Arsen, Nickel, Blei
  • Rückstände von Pflanzenschutzmitteln (aus dem Tabak-Anbau)
  • Spuren radioaktiver Isotope wie Polonium 210 (die werden von der Tabakpflanze besonders eifrig aus der Luft gesammelt)

 

Neue Zigarette im Vergleich mit Zigarettenkippe: Rückstände aus dem Zigarettenrauch färben den gebrauchten Filter bräunlich.

Links: Filter einer neuen Zigarette – das saubere Zelluloseacetat ist weiss.
Rechts: Filter einer gerauchten Zigarette: Rückstände aus dem Rauch färben den Filter gelblich braun (By Akroti [CC BY-SA 2.5 ], from Wikimedia Commons)

Achtung! Zigarettenfilter halten nicht was sie versprechen!

All diese Stoffe werden vom Zigarettenfilter höchstens zur Hälfte abgefangen, sodass sie auch im eingeatmeten Rauch enthalten sind! Passivraucher bekommen überdies den ungefiltert aufsteigenden Rauch vom anderen Ende der Zigarette mit!

 

Welcher Schaden durch weggeworfene Zigarettenkipppen entsteht

Das ist eine stattliche Liste als Umweltgifte und als gesundheitsschädlich berüchtigter Stoffe. Und sie alle landen tagtäglich dort, wo wir zur Arbeit gehen, wo unsere Kinder spielen, wo wir unsere Ferien geniessen möchten. Und dort will sie wirklich niemand haben. Denn Wind und Wetter ausgesetzt lösen sich die Schadstoffe mit der Zeit aus den Kippen, gelangen in Böden und Gewässer.

Besonders das Nicotin und andere Stoffe aus der Gruppe der Alkaloide sind akut giftig. Und das nicht nur für Kleinlebewesen (deshalb wurde Nicotin als Pflanzenschutzmittel im Ackerbau verwendet, bis es in den 1970er Jahren als zu giftig verboten wurde!). Ebenso können sich kleine Kinder, die Zigarettenkippen finden und verschlucken, daran vergiften.

Schon ein bis drei Kippen können bei Kleinkindern Vergiftungserscheinungen wie Übelkeit, Durchfall und Erbrechen auslösen. Und das passiert gar nicht so selten. Allein der Giftnotruf Berlin hat im Jahr 2008 921 Fälle von verschluckten Tabakabfällen bei Kleinkindern gezählt. Anfang der 2000er Jahre waren es noch rund 260 Fälle im Jahr.

 

Was wird gegen den Sondermüll auf den Strassen getan?

Kein Wunder, treiben Städte, Gemeinden und Tourismusbetriebe einen Riesenaufwand, um die Kippen zu beseitigen. Allein in der “sauberen” Schweiz legen Städte und Gemeinden Jahr für Jahr 55 Millionen Franken nur für das Beseitigen von Zigarettenkippen hin!

Andere Länder greifen zu wahrhaft drakonischen Massnahmen: In Singapur, das wir bald besuchen werden, gibt es schmerzhaft hohe Bussgelder für das Wegwerfen von Zigarettenkippen (und anderen Abfällen). Sogar mit Stockschlägen oder Gefängnisstrafen muss man laut den Reiseinformationen des Eidgenössischen Departements für auswärtige Angelegenheiten EDA rechnen.

Selbst das hilft jedoch nur so lange, wie konsequent überwacht und bestraft wird. Dass viele Stoffe in Zigarettenkippen eigentlich als Sonderabfall entsorgt gehören, ist zu vielen Menschen rund um den Globus nicht bewusst. Auch in Mitteleuropa.

 

Was ihr gegen die Kippenflut tun könnt

  1. Ihr alle könnt dazu beitragen, dass weniger Zigarettenkippen eure Umwelt verdrecken. Und zwar so:
  2. Nicht (mehr) rauchen: Die wirkungsvollste Methode – und sowieso besser für eure Gesundheit. Auch wenn es oft leichter gesagt als getan ist.
  3. Wenn ihr doch (noch) raucht: Nicht dort rauchen, wo Kinder spielen oder ihr die Natur geniessen möchtet
  4. Ganz wichtig: Wenn ihr raucht, entsorgt Asche und Kippen in einen dafür vorgesehenen Abfallbehälter! Werft sie niemals einfach weg!
  5. Wenn ihr dort rauchen möchtet, wo es keine fest angebrachten Aschenbehälter gibt: Nehmt einen verschliessbaren Aschenbecher mit, damit ihr Asche und Kippen später richtig entsorgen könnt!
  6. Wenn ihr andere beobachtet, die ihre Kippen einfach in die Gegend werfen: Weist sie auf die Gefährlichkeit der Zigarettenabfälle und allenfalls vorhandene Ascheimer hin.
  7. Sprecht mit euren Kindern offen und eindringlich darüber, dass auch Zigarettenkippen “richtig giftig” sind. Dass sie nicht in den Mund genommen werden dürfen oder auch nur herumliegen sollten. Im besten Fall bleibt etwas davon hängen, wenn sie später einmal als Jugendliche unter sich sind.
  8. Nehmt die Säuberung “eures” Spielplatzes, Dorfplatzes, Seeufers oder Lieblings-Naherholungsgebietes selbst in die Hand – am besten mit der ganzen Familie. Sammelt herumliegende Kippen ein, um sie ordnungsgemäss zu entsorgen. Nicht vergessen: Schutzhandschuhe tragen!

 

Sind E-Zigaretten eine Lösung für das Kippenproblem?

Warum steht “Steigt auf E-Zigaretten um” nicht auf der Liste oben? Diese handlichen elektrischen Geräte erzeugen Wärme, welche eine Flüssigkeit mit oder ohne Nikotin aus Tabak oder anderen Erzeugnissen zum Verdampfen bringt. Der Dampf kann dann anstelle von Zigarettenrauch eingeatmet werden.

Sollte das nicht alle Probleme mit giftigem Rauch und Kunststoff-Filtern lösen?

Auch E-Zigaretten bestehen aus Kunststoffen, Metallen, Elektronik, enthalten Batterien und müssen mit Patronen – Behältern für die zu verdampfenden “Liquids” – bestückt werden.

Eine E-Zigarette der vierten Generation: ein hochtechnisches Stück Elektronik

Eine E-Zigarette wie diese ist ein hochtechnisches elektronisches Gerät, das aus einer Vielzahl von Stoffen besteht und alle Umweltprobleme von Elektronik und ihrer Herstellung mit sich bringt. (By Jacek Halicki [CC BY-SA 4.0 ], from Wikimedia Commons)

Laut WHO ist der noch junge E-Zigaretten-Markt weitgehend unreguliert. Das heisst vor allem, er ist in seiner Vielfalt unüberschaubar. Viele Produkte sind für den Einweggebrauch bestimmt oder von beschränkter Lebensdauer. Die Zusammensetzung der Liquids unterscheidet sich zudem stark zwischen verschiedenen Marken und Herkunftsländern.

Darüber, was nun wo genutzt wird und welche Folgen für Umwelt und Gesundheit das haben mag, gibt es noch wenig Daten. Und die Vielfalt der Produkte macht einheitliche Aussagen darüber schwer.

Laut WHO sei jedoch abzusehen, dass das Umsatteln von Tabak auf E-Zigaretten das Abfallproblem nicht löst. Dazu müsste sich nämlich erst etwas an der laxen Einstellung der Raucher bzw. Dampfer zur Umweltverschmutzung ändern. An die Stelle der Zigarettenkippen von heute würden sonst leere Liquid-Behälter und Überreste ausgedienter E-Zigaretten treten – mit Resten der Liquids und aller Stoffe, die in den Geräten verarbeitet sein mögen.

Somit ist das Umsteigen auf E-Zigaretten in meinen Augen kein sicherer Weg, um die Umweltbelastung durch “Zigarettenabfälle” zu vermindern. Zumindest keiner, der nicht auch durch umweltbewussten Umgang mit Rauchwaren begangen werden könnte.

 

Fazit

Weggeworfene Zigarettenkippen verschandeln nicht nur den Anblick unserer Umwelt. Sie enthalten überdies eine bunte Sammlung gefährlicher Stoffe, die aus den Filtern in die Umgebung freigesetzt werden. Eine Kippe mag bedeutungslos klein wirken – weltweit kommen aber bis zu 680’000 Tonnen schadstoffbeladener Kippen pro Jahr zusammen!

Der übliche Zigarettenfilter besteht aus dem biologisch schwer abbaubaren Kunststoff Celluloseacetat. Der ist für sich nicht giftig, kann aber über Jahrzehnte in der Umwelt verbleiben. Ein biologisch abbaubarer Ersatzstoff würde sich zwar schneller auflösen, ändert aber an der “Beladung” des Filters mit Schadstoffen nichts. Deshalb sind biologisch abbaubare Zigarettenfilter keine Lösung.

E-Zigaretten sind ebenfalls keine Lösung, so lange das Bewusstsein für die Gefährlichkeit von Rauch- bzw. Dampf-Abfällen fehlt.

Deshalb mein Aufruf an euch: Lasst das Rauchen wie das Dampfen. Und wenn das keine Option ist, entsorgt eure Abfälle dort, wo sie hingehören: In den Aschenbecher bzw. Ascheimer! Und wenn ihr andere dabei beobachtet, wie sie ihre Kippen (oder Liquid-Behälter) achtlos in die Gegend werfen: Weist sie auf die Gefährlichkeit hin!

Und hier der Bericht “Tobacco and its environmental impact” der WHO, 2017 , aus welchem ich die Weltgesundheitsorganisation im Artikel zitiert habe.

Wie funktioniert die Liebe? Terra incognita der Wissenschaft

Einmal mehr ist es soweit: Der Blog-Schreibwettbewerb auf Scienceblogs.de läuft. Und zwar noch bis Ende Oktober. Viele wissenschaftlich begeisterte Schreiber mit und ohne eigenen Blog haben spannende und lesenswerte Beiträge zu einem bunten Strauss aus Themen eingereicht. Und ich bin wieder mit dabei!

Gerade rechtzeitig dazu flatterte auf der Keinsteins-Kiste-Facebook-Seite eine spannende Leserfrage herein, die ich in meinem Wettbewerbs-Beitrag beantworte:

Welche Hormone bewirken, ob und wann wir uns verlieben?

Die Suche nach Antworten führte mich rasch du einem besonders interessanten Ergebnis: Einem weissen Flecken auf der Landkarte der Wissenschaft. Die Biochemie der Liebe ist nämlich ein Gebiet, dass erst ansatzweise wissenschaftlich erforscht ist. So zeige ich in diesem Artikel nicht einfach einige Moleküle, über deren Rolle in Liebesdingen schon einiges bekannt ist, sondern auch die Grenzen dessen, was die Wissenschaft zur Zeit erklären kann.

In einfachen – hoffentlich kindgerechten Worten wecke er die Entdeckerlust der Forscher von morgen, die eines Tages diesen und andere weisse Flecken auf der wissenschaftlichen Landkarte füllen mögen.

Ihr könnt auch etwas gewinnen!

Den ganzen Artikel könnt ihr ab jetzt hier auf Astrodicticum Simplex lesen – und auch ihr könnt in diesem Schreibwettbewerb wieder die Gewinner mitbestimmen. Und dabei auch noch selbst einen Preis gewinnen!

Dazu müsst ihr nur am Leser-Voting teilnehmen und eure Stimme(n) für eure(n) Lieblingsartikel abgeben. Wie das geht, erklärt der Veranstalter Florian Freistätter hier. Einsendeschluss für die Leserstimmen ist der 11. November 2018. Ihr könnt also in Ruhe die Veröffentlichung aller anderen Artikel mitverfolgen und erst am Schluss entscheiden, für wen ihr stimmen möchtet.

Ganz besonders würde es mich natürlich freuen, wenn ihr eine Stimme für meinen Beitrag da lasst. Der Preis unter den Leser-Juroren wird aber unabhängig davon, für wen ihr stimmt, verlost. Deshalb findet ihr eine Übersicht über alle Beiträge hier.


Der Scienceblogs-Schreibwettbewerb 2018 ist zu Ende und die Gewinner stehen fest: Mein Artikel “Wie funktioniert die Liebe?” hat einen megamässigen 6. Platz gemacht! Herzlichen Dank an alle Leser, die mir ihre Stimme gegeben haben – und natürlich an Florian Freistätter und die Juroren, ohne die dieses tolle Event nicht möglich gewesen wäre!

Die Teilnehmer-Beiträge bleiben bis auf Weiteres auf Astrodicticum Simplex online, sodass ihr sie jederzeit nachlesen könnt.

So wünsche ich euch jetzt viel Spass beim Stöbern und Schmökern – und beim Verlieben!

Eure Kathi Keinstein

Was ist Krebs? - Zellbiologie erklärt zur Solidaritätskampagne von Kinderkrebs Schweiz

Meine Familie hat Glück gehabt. So weit ich zurückdenken kann oder aus Erzählungen der Älteren weiss, hat bei uns noch kein Kind Krebs bekommen. In Retos Familie ist das anders. Reto hat eine seiner Schwestern nie kennengelernt. Denn sie ist vor seiner Geburt an Leukämie gestorben – der häufigsten Krebs-Sorte, die Kinder bekommen.

Das ist jetzt über 40 Jahre her. Und trotzdem spüre ich bis heute die selischen Narben, die dieses furchtbare Schicksal bei Retos Familie hinterlassen hat. So etwas sollte keine Familie durchmachen müssen.

Heute – 40 Jahre später – kommt es schon weniger oft so weit. Heute werden nämlich vier von fünf Kindern, die Krebs bekommen, wieder gesund. Das heisst – so gesund wie es eben möglich ist. Denn der Kampf gegen den Krebs ist bis heute für den Körper und die Seele schrecklich anstrengend und ermüdend. Und für kleine Kinderkörper und -seelen ist er ganz besonders anstrengend.

Kinderkrebs Schweiz

Deshalb setzt sich der Dachverband Kinderkrebs Schweiz dafür ein, dass fleissig weiter an Mitteln gegen den Krebs geforscht wird, die den Kampf damit erleichtern, und damit aus 4 von 5 eines Tages 5 von 5 wieder gesunden Kindern werden.

Und auch jenen Kindern und Familien, die heute gegen den Krebs kämpfen müssen, möchte der Verein ein Stück Kraft und Zuversicht schenken. So sammelt Kinderkrebs Schweiz noch den ganzen September über eure lieben Wünsche an ein krebskrankes Kind auf dieser Website, um die schönsten darunter zu den Kindern zu bringen, die in den Kinderspitälern wegen Krebs behandelt werden müssen.

Mein Beitrag

Ganz gewiss haben die erkrankten Kinder selbst, ihre Geschwister, Eltern, Freunde und Verwandte ganz gewiss viele Fragen zu dem, was da mit ihnen bzw. ihren Angehörigen geschieht. Darum widme ich meinen heutigen Beitrag allen Kindern und Familien, die dieses schwere Schicksal teilen oder miterleben. Und ich versuche, darin einige Antworten in Worte für Kinder (und Laien) zu kleiden.

Was ist Krebs?

Krebs ist, wenn das Material, aus welchem euer Körper besteht, ungebremst zu wachsen beginnt. Und zwar dort, wo es nicht wachsen soll.

Bestimmt fragt ihr euch nun: Woraus besteht ein menschlicher Körper, und wie wächst er?

Woraus besteht dein Körper?

Der Körper jedes Menschen besteht aus winzigkleinen Zellen. Jede Zelle ist ein winziger Sack aus einer Haut aus Molekülen. Dieser Sack enthält (in der Regel) einen Zellkern und verschiedene winzige Organe, die für verschiedene “Körperfunktionen” der Zelle zuständig sind. Im Zellkern ist das Erbgut der Zelle, die DNA, gelagert. Das ist eine Sammlung von Bauplänen für alle Bestandteile der Zellen und alle Stoffe, die die Zellen herstellen können.

Die Zellen sind so unglaublich klein, dass ihr sie ohne ein Mikroskop nicht sehen könnt. Ein erwachsener Mensch besteht aus 100 Billionen von ihnen – das sind 100’000’000’000’000, also 1000 x 1000 x 1000 x 1000 x 100, oder eine 1 mit vierzehn Nullen!

menschliche Zellen unter dem Fluoreszenzmikroskop: Der Zellkern ist blau, das Zellskelett grün gefärbt

Menschliche Körperzellen unter dem Mikroskop: Die Zellkerne mit der DNA sind mit blauer, das “Skelett” der Zellen, welches zu ihrer Hülle gehört, mit grüner “Leuchtfarbe” eingefärbt. So leuchten sie unter einer UV-Lampe in diesen Farben auf – sie fluoreszieren. Ein Mikroskop mit einer UV-Lampe nennt man deshalb “Fluoreszenz-Mikroskop”. Mit einem solchen wurde dieses Bild gemacht. ( By ZEISS Microscopy from Germany [CC BY 2.0 ], via Wikimedia Commons)

Wie ein Mensch entsteht

Jeder Mensch bestand am Anfang seines Lebens aus einer einzigen Zelle, die durch Verschmelzung von Mamas Eizelle und Papas Spermienzelle entstanden ist (wie das geht, habe ich hier beschrieben). Diese eine Zelle hat ihre ganze Bauplan-Sammlung abgeschrieben, ihre Bestandteile allesamt noch einmal hergestellt und sich schliesslich geteilt. Und die beiden neuen Zellen haben das gleiche getan. Und noch einmal, und noch einmal.

Durch die Auswahl von bestimmten Bauplänen aus der Sammlung wurden einige der neuen Zellen zu Knochen- andere zu Muskel-, zu Haut-, zu Augen-, zu Herz- und Lungen- und Blut- und vielen anderen verschiedenen Zellsorten, aus denen ein vollständiger Körper besteht.

Und sie werden es noch. Damit Kinder immer grösser werden können, müssen ständig neue Zellen her. Selbst in den Körpern von Erwachsenen gibt es Zellen, die sich das ganze Menschenleben lang teilen. Hautzellen und Blutzellen (die ständig durch neue ersetzt werden) gehören dazu, aber auch solche, aus denen Haare und Fingernägel wachsen.

Wenn aus Wachstum Krebs wird

Damit einem Menschen genau zwei gerade Arme und Beine und passende Organe in der richtigen Grösse wachsen, enthalten die Baupläne in den Zellen Angaben und Regeln, wie schnell und wann welche Zellen sich wohin ausbreiten und welche Stoffe sie wann in welcher Menge herstellen sollen.

Molekülmodell eines DNA-Abschnitts

Ein kleines Stück eines DNA-Moleküls: Kohlenstoff-Atome sind grau, Wasserstoff-Atome weiss, Sauerstoff-Atome rot, Stickstoff-Atome violett und Phosphor-Atome gelb. Die Art und Weise, wie diese Atome miteinander verbunden sind, ist eine Art Geheimschrift: Sie kann in die Baupläne für unsere Zellen übersetzt werden!

Empfindliche Baupläne

Nun ist die DNA ist ein chemisches Molekül wie andere auch. Das heisst, sie kann in chemische Reaktionen verwickelt werden: Die Begegnung mit anderen, angriffslustigen Molekülen, oder der Einfluss von Licht oder anderer Strahlung kann dazu führen, dass Atome der DNA augetauscht werden oder verloren gehen. Oder dass Atome dazu kommen, die nicht zum Bauplan gehören. Ausserdem kommt es vor, dass die Zellen beim Abschreiben ihrer Baupläne für die Zellteilung Schreibfehler machen.

Deshalb gibt es in jeder Zelle Proteine, die ständig Korrektur lesen und Fehler oder Schäden an der DNA ausbessern. Und wenn sich etwas gar nicht mehr reparieren lässt, befehlen sie der einzelnen Zelle, lieber Selbstmord zu machen, bevor dem Körper etwas schlimmeres passiert.

Niemand ist perfekt – auch die Korrekturleser in den Zellen nicht

Wenn die “Rechtschreib”-Kontrolleure einer Zelle allerdings einen Fehler übersehen, passieren schlimme Dinge. Besonders dann, wenn der übersehene Fehler eine jener Regeln unlesbar macht, die die Zellteilung und damit das Wachstum von Körperteilen ordnen und begrenzen soll. Dann bleibt eine Zelle übrig, die ihre Grenzen nicht mehr kennt, sich unkontrolliert teilen kann und vielleicht sogar Stoffe von sich gibt, die kein Mensch braucht. Kurzum: Das ist ein furchtbar schlecht erzogener Rabauke – eine Krebszelle.

Und das schlimmste ist: Wenn die Krebszelle sich erneut teilt, schreibt sie den Fehler ganz ungeniert mit ab. So gibt es dann bald zwei von der schlimmen Sorte, dann vier, dann acht…

Im glücklichen Fall kommt ein Spezialagent des Immunsystems, eine “natürliche Killerzelle” (über die und ihre Kollegen vom Immunsystem ihr hier mehr lesen könnt), vorbei und erkennt eine einzelne oder wenige Krebszelle/n von aussen. Dann gibt die natürliche Killerzelle ihnen sofort den Befehl zum Selbstmord – und schafft das Problem so aus der Welt.

Ein Tumor entsteht

Im unglücklichen Fall teilen sich die Krebszellen aber unbemerkt weiter und wuchern da hin, wo es ihnen gerade passt. Und uns nicht. Aus ein paar Zellen wird so ein Haufen, aus dem Haufen ein Gewebeknötchen, aus dem Knötchen eine Geschwulst, die wir spüren und manchmal sogar sehen können.

Manche dieser Zellen begnügen sich damit, ihre eigene Clique zu gründen, gemeinsam abzuhängen und einfach im Weg zu sein. Von solchen spricht man von einem “gutartigen” Tumor. Der lässt sich meist einfach wegoperieren, wenn er stört, und die Sache ist in der Regel erledigt.

Wenn die Zellen aber richtige Rabauken sind, die sich mit “Ellbogen” ihren Weg durch andere Zellgruppen in benachbarte Gewebe bahnen, handelt es sich um wirkliche Krebszellen, die einen “bösartigen” Tumor bilden.

Schema: Krebszellen durchdringen eine Gewebegrenze

nach: Cancer Research UK (Original email from CRUK) [CC BY-SA 4.0 ], via Wikimedia Commons

Die fiesesten unter ihnen verlassen “ihren” Tumor sogar irgendwann und reisen in der Blutbahn oder der Lymphe durch den Körper, um sich anderswo festzusetzen und Rabauken-Kolonien zu gründen. Die werden von den Krebs-Ärzten dann “Metastasen” genannt.

Wie entstehen unerkannte Schreibfehler?

Schreibfehler entstehen dort, wo abgeschrieben wird. Wann und wo genau ein Abschreibfehler passiert und übersehen wird, ist letztenendes reines Pech. Für Pech gilt aber: Je mehr abgeschrieben wird, desto grösser ist die Wahrscheinlichkeit, dass dabei mal ein Fehler passiert und der Korrektur entgeht.

Alles in allem sind schlimme Schreibfehler besonders wahrscheinlich wenn

  • in den Körpern älterer Menschen die Korrekturleser nachlässig werden
  • äussere Einflüsse (z.B. Strahlung) die DNA häufiger beschädigen
  • viele andere Moleküle/Atome mit der DNA reagieren können
  • Fehler schon in der ersten Zelle eines Kindes vorhanden waren und so vererbt wurden
  • bestimmte Viren ihr Erbgut in die DNA von Zellen einbauen und dabei die Teilungsregeln beschädigen (gegen einige dieser Viren, wie das Gebärmutterhalskrebs-Virus HPV oder den Erreger der Leberentzündung Hepatitis kann man sich aber impfen lassen!)
  • und vor allem: Wenn in Zellen, die sich häufig, schnell und fortlaufend teilen, naturgemäss viel abgeschrieben wird
    → dazu gehören nachwachsende Gewebe wie die Haut
    → und die Zellen in Körpern von Kindern – denn Kinderkörper wachsen ja noch

In welchen Körperteilen kann Krebs entstehen?

Grundsätzlich in praktisch allen. Und obwohl man meinen könnte, dass das ganz besonders für Kinder gilt, bekommen Kinder anderswo Krebs als Erwachsene und alte Menschen. Warum das so ist, haben die Forscher noch nicht wirklich herausgefunden.

Besonders häufig – in drei Vierteln aller Fälle – werden bei Kindern nämlich die Zellen des Immunsystems und ihre Vorläufer (45%: 33% Leukämien, 12% (Non-)Hodgkin-Lymphome) oder die Zellen von Gehirn und Nerven (30%: 20% Hirn und Rückenmark, 7% sympathisches Nervensystem, 3% Augenkrebs) zu bösartigen Rabauken.

(Zahlen: Krebsliga Schweiz)

Augenkrebs?! Warum steht der hier unter Hirn und Nerven?

Ja, Augenkrebs gibt es wirklich. Der kommt aber nicht davon, dass ihr zu viel am Bildschirm sitzt oder schrille Farben anschaut, wie gern einmal behauptet wird. Stattdessen entstehen in der Netzhaut im Auge Rabauken-Zellen durch ebensolches Pech, wie bei anderen Krebsarten auch. Und die Netzhaut ist streng genommen ein ausgelagerter Teil des Gehirns – deshalb ordne ich den Augenkrebs bei den Krebsarten der Nerven ein.

Zum Glück lässt sich so ein “Retinoblastom” – so heisst der Augenkrebs in der Ärztesprache – leicht erkennen und gut behandeln. Wie das geht, erklärt Kinderkrebs Schweiz hier. Bei früher Erkennung werden sogar 19 von 20 statt 4 von 5 Kindern mit Augenkrebs wieder gesund!

Weitere Krebsarten bei Kindern

Dazu kommen Weichteilkrebs (also Muskeln, Fett- und Bindegewebe, 7%), Nierenkrebs (5%), Knochenkrebs (4%) und Krebs der zur Fortpflanzung gedachten Keimzellen (3%). Habt ihr mitgerechnet? Da fehlen noch 6% bis zu den runden 100%! Das sind wohl verschiedene, bei Kindern sehr seltene Krebsarten an anderen Körperteilen.

Warum bekommen Kinder gerade dort Krebs?

Während Nervengewebe tatsächlich besonders im Kindesalter wachsen, werden Blut- und Immunzellen das ganze Leben lang neu gebildet. Allein daran wie häufig sich Zellen teilen, lässt sich also nicht festmachen, wo Krebs entsteht. Warum Kinder an ganz bestimmten Stellen – und an anderen als Erwachsene – Krebs bekommen, müssen die Forscher erst noch herausfinden.

Wie kann man Krebs behandeln?

Der simpelste Weg, Rabaukenzellen loszuwerden ist, sie in einer Operation aus dem Körper heraus zu schneiden. Das geht bei gutartigen Geschwulsten (meistens) recht einfach. Bei Krebszellen, die wild in anderes Gewebe eindringen, ist es aber schwer bis unmöglich, sie wirklich alle wegzuschneiden. Und bei Krebsarten der Blutzellen ist das ganz unmöglich, weil die Rabauken dabei nicht an einem festen Ort versammelt, sondern im Körper verteilt und oft beweglich sind. Deshalb müssen sie auf andere Weise getötet werden.

Dazu verwenden kann man

Zellgifte = Chemotherapie

Diese Medikamente (sogenannte Zytostatika, d.h. “Zellbremsen”) stören Zellen bei der Teilung, in dem sie sich Beispiel an die DNA heften und so das Abschreiben der Baupläne verhindern. So entstehen keine neuen Krebszellen, während die alten Krebszellen an den Schreibblockaden sterben.

Cisplatin, ein nach wie vor häufig genutztes Medikament zur Chemotherapie, lagert sich an DNA an.

Moleküle des Chemotherapie-Medikaments “Cisplatin” (in dessen Mitte befindet sich tatsächlich ein Platin-Atom) verbinden sich mit einem Strang der DNA-Doppelspirale. Die Abschreibe-Proteine der Zelle laufen die DNA-Stränge entlang und bleiben an einem solchen Hindernis hängen. So kann die DNA nicht weiter abgeschrieben werden. Das funktioniert bei den allermeisten Krebsarten – aber leider auch bei gesunden Zellen. (By AlchemistOfJoy [CC BY-SA 3.0 ], from Wikimedia Commons)

Solche Gifte wirken auf sich schnell teilenden Zellen besonders stark – also auf Krebszellen, aber auch auf solche, aus denen Haare wachsen oder Blutzellen entstehen. Deswegen fallen vielen Krebspatienten, die eine Chemotherapie erhalten, die Haare aus. Ausserdem werden auch viele andere Zellen bei ihrer Arbeit gestört – deshalb wird den Patienten von der Chemotherapie nicht selten furchtbar schlecht.

Damit all das nicht (oder weniger) geschieht, versuchen Forscher, die Zellgifte gut verpackt direkt zu den Krebszellen zu bringen und erst dort loszulassen. Oder sie erfinden neue Zellgifte, die Krebszellen (besser) von normalen Zellen unterscheiden können.

(Be-)Strahlung

Dass Strahlung die DNA-Baupläne beschädigen kann, hatte ich weiter oben schon erwähnt. Und wenn die Beschädigungen gross genug sind, sterben die Zellen daran. Auch die Krebszellen. Zudem kann man Strahlung genau auf bestimmte Stellen bündeln. Dazu können die Krebs-Ärzte Röntgenstrahlen (also sehr energiereiches, unsichtbares Licht) oder Elektronen bzw. Protonen (das sind winzige Teilchen, die auf Zellen wie Kanonenkugeln wirken) verwenden.

Auch wenn man solch einen Beschuss ziemlich genau auf ein Krebsgeschwulst richten kann, leiden darunter auch die gesunden Zellen in der Umgebung. So kann einem leider auch von der “Bestrahlung” ziemlich schlecht werden.

Antikörper

Das sind ganz besondere Proteine, die normalerweise von Zellen des Immunsystems hergestellt werden, um Krankheitserreger zu erkennen und zur Bekämpfung zu markieren (wie das im Einzelnen vor sich geht, könnt ihr hier bei mir nachlesen). Krebsforscher versuchen nun, passende Antikörper zu den jeweiligen Krebszellen eines Patienten zu basteln. Wenn die ihr Ziel – die Krebszellen – finden und sich daran heften, rufen sie die Zellen des Immunsystems auf den Plan. Die können nun die Krebszellen (und bestenfalls nur die) gezielt angreifen und vernichten.

 

Zum Töten von Krebszellen NICHT verwenden kann man

Methoden und Mittel aus der “alternativen Medizin”

Wer gesagt bekommt, dass er Krebs hat, hat Angst. Angst um sein Leben und vor den unangenehmen Behandlungen, die auf ihn zukommen mögen. Das ist ganz natürlich. Genauso natürlich ist auch die Verlockung, die davon ausgeht, wenn jemand einen “einfacheren”, “sanften” oder gar “natürlichen” Weg verspricht, die fiesen Krebszellen wieder los zu werden.

Homöopathische “Medikamente”, Wunder- und Geistheiler, eine besondere Ernährungsweise oder das unsinnige Verwenden teils gefährlicher Chemikalien sind nur eine kleine Auswahl dessen, was den Menschen (auch) “gegen Krebs” verkauft wird. Häufig deshalb, weil jemand damit viel Geld verdienen möchte.

Wo “alternative” Methoden dennoch helfen können

Manche Vorgehensweisen aus dem Bereich “neben” der Medizin können dennoch ihren Nutzen haben. Nämlich dann, wenn sie zur Begleitung der Behandlung durch den Krebs-Arzt (den “Onkologen”) angewendet werden. Dazu zählen besonders solche Dinge, bewirken, dass ein Patient mit Krebs sich besser fühlt, weniger Angst hat und weniger unter den Nebenwirkungen seiner Behandlung leidet.

Es ist aber ganz wichtig, solche Massnahmen immer mit dem Krebsarzt/den Krebsärzten zu besprechen. Viele solche Mittel und Methoden – auch solche, die ganz harmlos erscheinen – können nämlich mit den eigentlichen Krebsmedikamenten “in Streit” geraten und deren Wirkung stören. NIE solltet ihr die eigentlichen Krebsmedikamente ohne Besprechung mit eurem Krebsarzt einfach weglassen, um “etwas anderes” zu probieren!

Dazu, wie ihr hilfreiche Angebote für Krebskranke von den “Geldverdienern” unterscheiden und sie gut mit eurem Krebs-Arzt besprechen könnt, hat die Krebsliga Schweiz eine tolle Broschüre herausgegeben, die ihr hier als .pdf-Datei herunterladen könnt.

Besondere Hochachtung habe ich übrigens vor den ehrenamtlichen Klinik- bzw. Spitalclowns, welche die (nicht nur krebs-)kranken Kinder im Spital besuchen und Freude in ihren schweren Alltag bringen. Lachen soll schliesslich sehr gesund sein! Die Clowns – wie meine treue Leserin Claudia alias “Clownine Kunst” in Leipzig, Deutschland – kosten die jungen Patienten und ihre Familien in Regel gar nichts und haben gewiss eine grössere Wirkung als manch überteuertes “Mittelchen”.

Kann man die Krankheit Krebs ganz und gar besiegen?

DAS wirksame und nebenwirkungsarme Mittel gegen alle Krebsarten hat man leider noch nicht gefunden. Dazu kommt, dass die meisten Krebsbehandlungen zuerst für Erwachsene erfunden werden. Kinder funktionieren aber in vielen Dingen anders als Erwachsene. Denn Kinder müssen schliesslich noch wachsen. So muss für jedes neue Mittel noch einmal neu untersucht werden, ob und wie es auch bei Kindern eingesetzt werden kann.

Denn Kinder sollen schliesslich nicht nur gesund, sondern auch gross werden und ein möglichst normales Leben führen können.

Dazu wird immer wieder der Erfolg neuer Behandlungsweisen bei Kindern an mutigen jungen Patienten untersucht. Bei so einer “Frühen Klinischen Studie” (Early Clinical Trial, ECT) werden Methoden und Medikamente, die z.B. bei Erwachsenen schon funktionieren, versuchsweise bei Kindern eingesetzt. Dabei passen die Ärzte ganz besonders genau auf ihre Schützlinge auf. Denn sie wollen schliesslich nicht nur “ihre” Kinder gesund machen, sondern möglichst nützliche Ergebnisse sammeln, um später noch mehr Kinder gesund machen zu können.

Mein Wunsch an krebskranke Kinder

Deshalb lautet mein Wunsch für ein – eigentlich für alle krebskranken Kinder: Behaltet eure Zuversicht. Freut euch an den kleinen Dingen und geniesst es, euren schweren Alltag für ein paar Augenblicke zu vergessen. Immer wieder. Und ich wünsche euch, dass aus 4 von 5 schnell 5 von 5 werden: Dass bald ein Weg für euch erforscht wird, der leichter zu gehen und für euch alle zu schaffen ist!

Eure Kathi Keinstein

Experiment: Gärung - die Superkraft von Hefe

Vor ein paar Tagen war es einmal wieder soweit: Ich hatte Geburtstag. Zur Feier des Tages habe ich mich in die Küche gestellt und der Biochemie gewidmet….ähm, Kuchen gebacken. Und zwar mit Hefe! Und damit wird das Kuchenbacken tatsächlich echte Küchen-Biochemie.

Was ist eigentlich Hefe?

Unsere Backhefe besteht aus richtigen Lebewesen! Aber nicht aus Pflanzen oder Tieren, sondern aus Pilzen mit dem komplizierten Namen “Saccharomyces cervisiae”.

Wenn ihr euch jetzt an Asterix und Obelix erinnert fühlt…richtig: Das Lieblingsgetränk der beiden Comic-Gallier ist lauwarme Cervisia – ein Bier. Tatsächlich ist die Backhefe der gleiche Pilz, der auch zum Bierbrauen verwendet wird.

Der erste Teil des Namens bedeutet übrigens so viel wie “Zuckerpilz”, womit der ganze Name sich etwa mit “Bier-Zuckerpilz” übersetzen lässt. Damit ist auch geklärt, wovon diese Pilze sich ernähren.

Hefen bilden übrigens keine Schirme und Hüte im Wald, wie ihr sie von anderen Pilzen kennt. Sie gehören nämlich zu den Einzellern und vermehren sich durch Zellteilung oder die Bildung von Ablegern. Deswegen sehen wir von ihnen ohne Mikroskop auch nicht mehr als eine gelblich-graue Masse. Mit einem Mikroskop hingegen kann man die einzelnen Hefezellen sehen:

Backhefe unter dem Mikroskop: Die Einzelzellen sind jetzt gut erkennbar.

Backhefe unter dem Mikroskop: Die Teilstriche der Skala sind jeweils 11 Mikrometer (Millionstel Meter!) voneinander entfernt. By Bob Blaylock [CC BY-SA 3.0 or GFDL], from Wikimedia Commons

Was macht ein Pilz in Brot und Kuchen?

Er lebt! Zumindest vor dem Backen. Und zwar wie alle Lebewesen von Zuckern. Nur ist Hefe dabei nicht zwingend auf Sauerstoff zum Atmen angewiesen. Während Menschen Sauerstoff als Oxidationsmittel brauchen, um aus den Zuckern chemische Energie zu gewinnen, können Hefen dazu auch andere chemische Reaktionen nutzen, die ohne Sauerstoff auskommen.

Solche Reaktionen werden zusammengefasst “Gärung” genannt. Bei der Gärung durch Hefe entsteht als “Abfall” der Trink-Alkohol “Ethanol” (auf den es die Bierbrauer abgesehen haben), und… findet es selbst heraus!

 

Experiment 1: Hefegärung sichtbar machen

Ihr braucht dazu

Eine Glasflasche mit engem Hals (ca. 0,5l),
Einen Luftballon, nicht aufgeblasen
Backhefe (1 Päckchen Trockenhefe)
Wasser (lauwarm)
Einen Teelöffel Haushaltszucker

Das braucht ihr für das Experiment

So geht es

Blast den Luftballon mehrmals hintereinander auf und lasst die Luft immer wieder heraus. So wird die Ballonhülle schon einmal gedehnt und lässt sich später leichter aufblasen.

Füllt die Flasche halb mit lauwarmem Wasser und löst den Zucker darin auf. Gebt die Hefe dazu und schwenkt die Flasche kurz, sodass sich alles gut mischt.

Stülpt dann die Öffnung des Luftballons über die Flaschenöffnung und stellt das Ganze an einen warmen Ort (ideal sind 28-32°C).

Wartet ab und beobachtet, was geschieht: In der Flasche geht es sichtlich geschäftig zu, und: Der Ballon bläht sich auf!

Im Laufe von 45 Minuten bläht der Ballon sich immer weiter auf!

Ein Gas entsteht: Links der Aufbau zu Beginn des Experiments, dann von links nach rechts: nach 15min, 30min, 45min

Was geschieht da?

Die Hefe verdaut den Zucker. Dabei entsteht ein Gas, das den Ballon füllt!

Was für ein Gas ist das?

Ihr könnt es selbst nachweisen!

Experiment 2: Gas-Nachweis

Ihr braucht dazu

Die Hefemischung in der Flasche aus Experiment 1
Ein Streichholz, etwas zum Anzünden
Eine Pinzette

So geht es

Entfernt den Luftballon von der Flasche. Entzündet das Streichholz und führt es mit Hilfe der Pinzette in die Flasche mit der Hefemischung (nicht eintauchen!). Beobachtet: Das Streichholz geht aus!

Was passiert da?

Das Gas, welches die Hefe produziert, ist Kohlenstoffdioxid (CO2)! Es ist schwerer als Luft und verdrängt so den Sauerstoff nach oben aus der Flasche. Ohne Sauerstoff kann Feuer nicht brennen – und geht aus.

 

Was in den Hefezellen passiert

Der wichtigste Zucker, von dem Hefe sich ernährt, ist Traubenzucker (Glucose). Das ist ein “Einfachzucker” (ein Monosaccharid), besteht also aus überschaubar kleinen, einzelnen Zuckermolekülen.

alpha-D-Glucose in 6-Ringform: Haworth-Strukturformel

Ein Glucose-Molekül

Aus Traubenzucker- bzw. Glucose-Molekülen können alle Lebewesen schnell Energie gewinnen. Die Hefe verwendet dazu eine Folge von Reaktionen, die die Biochemiker als “anaerobe Glykolyse” bezeichnen.

Dabei wird aus einem Molekül Glucose in mehreren Schritten ein Molekül “Pyruvat” hergestellt. Im Zuge dieser Schritte werden zwei Energieträger-Moleküle, die die Biochemiker abgekürzt “ADP” nennen, “aufgeladen”, indem je ein Phosphorsäure-Anion an jedes dieser Moleküle gehängt wird (die aufgeladenen Energieträger-Moleküle heissen dann “ATP”).

Für das Aufladen sind jedoch weitere Reaktionspartner (Moleküle namens NAD+) nötig, die ihrerseits recycelt werden müssen.

Gärung: Aus Pyruvat wird Ethanol. Dabei wird ein Molekül CO2 frei und ein Molekül NAD+ rezykliert.

Alkoholische Gärung By Arne “Norro” Nordmann. [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC BY-SA 2.5 ], via Wikimedia Commons

Deswegen haben die Hefepilze ein weiteres Enzym (die Pyruvatdecarboxylase), das von den Pyruvat-Molekülen je ein Molekül Kohlenstoffdioxid (CO2) abspaltet.

Das Kohlenstoffdioxid wird danach aus den Zellen entsorgt und füllt euren Luftballon!

Übrig bleibt ein Molekül Acetaldehyd. Das ist für Zellen giftig und wird deshalb schnell zu Ethanol weiterverarbeitet, wobei die Abfall-Moleküle NADH aus der Glykolyse zu NAD+ recycelt werden.

Der Trink-Alkohol “Ethanol” ist übrigens für uns Menschen giftig, weil es in unseren Zellen das Enzym Alkoholdehydrogenase auch gibt – nur fördert es da die Reaktion in umgekehrter Richtung: Aus Ethanol wird Acetaldehyd. Und das beschert und einen mächtigen Kater (über diesen biochemischen Katzenjammer könnt ihr hier mehr lesen).

Wie wird dann Haushaltszucker vergoren?

Die Moleküle des Haushaltszuckers (Saccharose) bestehen aus je zwei verbundenen Einfachzuckern: dem Traubenzucker Glucose und dem Fruchtzucker Fructose.

Saccharose, unser Haushaltszucker dargestellt in der Haworth-Strukturformel

Ein Saccharose-Molekül

In den Hefepilz-Zellen gibt es deshalb ein Enzym, das diese Paare spalten kann, bevor die Einzelteile wie oben gezeigt “verdaut” werden.

Diese Fähigkeit – Haushaltszucker zu spalten und zu verwerten – hat der Backhefe schliesslich ihren wissenschaftlichen Namen (Saccharomyces…) eingebracht.

Wie “geht” Hefe in Milch?

Normale Vollmilch besteht zu ca. 5% aus Milchzucker (Laktose) – das sollte ja genug Futter für die Hefe sein, oder? Weil Reto laktoseintolerant ist, habe ich allerdings laktosefreie Milch für den Kuchen benutzt…und hatte schon Sorge, die Hefe würde damit nicht aufgehen. Stattdessen ging meine Hefe aber schon nach dem Mischen mit der Milch ab wie Schmitz’ Katze!

Hefe in laktosefreier Milch

Laktose ist auch ein Zweifachzucker, sie besteht aus je einem Molekül Glucose und Galactose.

Ein Laktose-Molekül: Haworth-Strukturformel

Auch Laktose ist ein Zweifach-Zucker, der vor der Verwertung gespalten werden muss

Unglücklicherweise hat die Back-Hefe aber kein Enzym, um Laktose zu spalten und so an die Glucose zu gelangen (sie ist also “laktoseintolerant”, wenngleich Hefepilze keinen Darm haben, der deswegen verstimmt sein könnte). Zum Glück für die Hefe enthält normale Vollmilch jedoch immer auch freie Glucose.

Laktosefreie Milch wird nun hergestellt, indem man das Enzym Laktase dazugibt, welches die Laktose in Glucose und Galactose spaltet (deshalb ist laktosefreie Milch ein wenig süsser als normale). So findet die Hefe in laktosefreier Milch sogar mehr zu fressen als in normaler Vollmilch und geht dementsprechend eifrig auf!

Was im Ofen mit der Hefe passiert

Und bevor euch nun bei all den lebendigen Pilzen der Appetit auf Brot und Kuchen vergeht: Wie alle Lebewesen sind Hefepilze auf gemässigte Temperaturen angewiesen. Wenn ihr euren Hefeteig also in den Ofen schiebt und erhitzt, sterben alle Pilze ab.

Das Kohlenstoffdioxid, das sie vorher im Teig freigesetzt haben, dehnt sich jedoch in der Hitze aus und lässt so Kuchen und Brot aufgehen und so wunderbar fluffig werden. Wenn indessen Stärke, Proteine, Fett und Zucker im Teig zu einem festen Molekülgerüst reagieren (zum Beispiel im Zuge der Maillard-Reaktion, zu der ihr hier lesen könnt), fällt das Ganze nach dem Abkühlen auch nicht mehr zusammen.

 

Entsorgung

Das Hefe-Wasser-Gemisch könnt ihr in den Ausguss entsorgen – oder vielleicht ein Brot damit backen? Den Luftballon könnt ihr nach Belieben weiter benutzen.

 

Ich wünsche euch viel Spass beim Ausprobieren und Beobachten! Was macht ihr sonst am liebsten mit Hefe bzw. Hefeteig?

Experiment DIY Kinetischer Sand - und wie er funktioniert

Die grossen Ferien sind auch in den spätesten Kantonen und Bundesländern vorbei und der Sommer geht zu Ende. Wer denkt da nicht manchmal wehmütig an die Strandferien zurück? An das Gefühl von Sand zwischen Zehen und Fingern, an Sandburgen und andere Küsten-Kunstwerke?

Das alles muss aber nicht bis zum nächsten Jahr warten. Für Sehnsuchtsvolle gibt es nämlich ein Spielzeug, mit dem es sich auch an Schlechtwettertagen herrlich “sändelen” lässt: Kinetischer Sand. Den kann man entweder im Kaufhaus kaufen, online bestellen (Kinetic Sand® und ähnliche) – oder selber machen.

Ich habe meinen kinetischen Sand selbst gemacht und zeige euch, wie ich das hinbekommen habe. Und natürlich auch die Chemie, die dahinter steckt (und ganz und gar ungefährlich ist!). Denn wenn man versteht, was man da zusammenrührt, funktioniert es am besten und macht auch noch am meisten Spass.

 

Wie aus Sand Burgen werden

Jedes Kind, das gerne Sandburgen baut, weiss eines: Dazu braucht man nassen Sand. Wenn man trockenen Sand auftürmen oder gar formen will, fliesst der nämlich sofort auseinander und verteilt sich überall.

Nasser Sand dagegen pappt zusammen. Aber wieso eigentlich? Der gewöhnliche Strandsand besteht zu grössten Teilen aus Quarz, also aus Siliciumdioxid, SiO2. Das sind Kristalle, in denen Sauerstoff-Atome abwechslungsweise mit Silicium-Atomen verbunden sind. Darin ähnelt Quarz in gewisser Weise dem Wasser (und noch mehr einem Eiskristall): Darin wechseln sich nämlich Sauerstoffatome mit Wasserstoffatomen ab.

Aus diesem Grund finden sich Quarz und Wasser überaus anziehend – sie werden von “zwischenmolekularen Kräften” zusammen gehalten. Diese Kräfte wirken auch zwischen verschiedenen Wassermolekülen (wie das genau funktioniert, erkläre ich beim Experiment mit dem krummen Wasserstrahl). So können Wassermoleküle untereinander zusammenhalten und zwischen den Oberflächen von Sandkörnern regelrechte Wasserbrücken formen – sodass feuchte Sandkörner unwillkürlich zusammen pappen. Das Wasser wirkt also wie ein formbarer “Zement” zwischen den Sandkörnern!

Dort wo sich die Oberflächen der runden Sandkörner nicht so nahe kommen, bleiben Zwischenräume, die mit ein Bisschen Luft gefüllt sind.

Die Kräfte zwischen den Molekülen sind dabei eben so stark, dass die Sandkörner aneinander haften, aber so schwach, dass Kinderhände das Netzwerk aus Wasserbrücken zwischen Sandkörnern spielend leicht verformen können.

Dabei gibt es allerdings ein Problem: Wasser verdunstet relativ schnell – besonders an trockener Luft oder gar an der Sonne. Und dann beginnt die schöne Sandburg rasch wieder zu bröseln und zu Sandlawinen zu zerfallen.

 

Was ist kinetischer Sand?

Was wäre aber, wenn man einen “Zement” hätte, der nicht so leicht verdunstet? Das haben sich wohl die Erfinder von “Kinetic Sand®” gedacht – und ihren trockenen Sand mit Silikonöl (genauer gesagt “Polydimethylsiloxan”, PDMS) gemischt.

Silikon: Ein ganz besonderer Kunststoff

Silikone sind Kunststoffe aus langen Molekülketten, sogenannte Polymere. Anders als die meisten anderen Kunststoffe aus Kohlenstoff bestehen die Ketten der Silikone jedoch aus Silicium-Atomen, die sich mit Sauerstoff-Atomen abwechseln (Silicium ist Kohlenstoff in vielen chemischen Dingen sehr ähnlich). Das hatten wir doch schon….genau: Quarz. Tatsächlich sind sich die Silikon-Ketten und Quarz so ähnlich, dass auch zwischen ihnen anziehende zwischenmolekulare Kräfte wirken können.

Beim PDMS trägt übrigens jedes Siliciumatom noch zwei “Methylgruppen” aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, daher der Name:

Kinetischer Sand braucht "Zement" - Hier das Original: Polydimethylsiloxan

Ein Glied einer PDMS-Kette: Der Buchstabe n steht für eine beliebige Zahl solcher Glieder, die eine Kette bilden.

Und dazu kommt noch etwas: Silikone sind bei “lebendigen” Bedingungen, also in und um Körper von Lebewesen, sehr reaktionsträge, was sie unter den Kunststoffen besonders ungiftig macht. So sind Silikone als Material für Brustimplantate berühmt geworden und finden in der Medizin noch viele andere Anwendungen. Im Haushalt kennt ihr sie vielleicht als Material für elastische Backformen und -pinsel oder als Fugenmasse im Badezimmer.

Je nach der Länge und Vernetzung ihrer Moleküle können Silikone unterschiedliche Eigenschaften haben. Sind die Moleküle kurz genug und wenig bis gar nicht vernetzt, bilden sie bei Raumtemperatur mehr oder weniger zähe Flüssigkeiten: Silikonfette oder -öle. Die sind ihrer Reaktionsträgheit wegen bei Labor-Chemikern als Schmiere für ihre Glasapparaturen oder als Wärmeüberträger (Silikonöle verdunsten kaum und können viel heisser als Wasser werden, bevor sie zu kochen beginnen!) sehr beliebt.

Silikon als perfekter “Zement” für Sandburgen?

Eine ölig-zähe Flüssigkeit, die chemisch inert ist und schwer verdunstet – und zu den passenden Wechselwirkungen zu Sandkörnern fähig ist… die wäre doch ein perfekter “Zement” für Spielsand für kleine Kinder! Leider bekommt man Silikonöl nicht einfach so im Supermarkt. Deshalb haben schon viele DIY-begeisterte Mütter und BloggerInnen nach passenden Ersatzstoffen für PDMS gesucht. Mit mehr oder weniger grossem Erfolg.

Ich habe mitgesucht und zeige euch meinen persönlichen Favoriten: Der besteht ausschliesslich aus Quarzsand und Lebensmittelzutaten, lässt sich prima formen und kneten. Damit eignet sich dieser kinetische Sand auch für die ganz Kleinen, die schonmal etwas davon in den Mund nehmen.

 

Rezept: Kinetischer Sand selbstgemacht

Ihr braucht dazu

2 Tassen feinen Sand (Dekorsand oder gesiebten Vogelsand)
1 Tasse Maisstärke (Stärkemehl, z.B. Maizena)
Etwas Wasser
Etwas Speiseöl
Eine runde Schüssel, Schneebesen, Löffel

Was ihr braucht: Sand, Stärkemehl,Wasser,Schüssel,Schneebesen - dazu kommen: Löffel,Öl

Wenn ihr mehr Sand zum Spielen möchtet, nehmt einfach mehr von den Zutaten. Auf ein beliebiges Volumen Sand kommt dabei immer die Hälfte dieses Volumens an Stärkemehl!

So geht es

Gebt den Sand und Stärke trocken in die Schüssel und vermischt sie mit dem Schneebesen sehr gründlich. Es sollten am Ende keine Stärkeklumpen mehr zu sehen sein.

Kinetischer Sand gut gemischt: Sand und Stärke lassen sich fast nicht mehr auseinander halten

So sind Sand und Stärke gründlich vermischt.

Gebt dann langsam etwas Wasser hinzu. Für zwei Honigglas-Deckel Sand und einen Deckel Stärkemehl habe ich etwa 30ml Wasser gebraucht.

Mischt und knetet mit dem Löffel weiter, bis eine formbare Masse entsteht. Wenn ihr die Masse mit einer Hand aus der Schüssel heben könnt, knetet sie auf dem Tisch weiter und formt eine Mulde.

Sandmasse mit Mulde: Darin befinden sich 1-2ml Speiseöl.

Meine Probier-Portion: Die Mulde ist so gross wie ein Eidotter: Darin befinden sich 1-2ml Speiseöl. Jetzt verkneten!

Gebt etwas Speiseöl hinein und verknetet das Ganze. Wiederholt diesen Schritt allenfalls, bis euer Sand die gewünschte Geschmeidigkeit und Textur hat. Ich habe in die Hälfte meiner urpsrünglichen Mischung etwa 2ml Speiseöl eingeknetet.

Die richtige Mischung: Dieser Sandball hält zusammen!

So ist die Mischung gut: Der Sandball hält zusammen!

Dies ist ein Zeichen für eine gute Mischung: Kinetischer Sand lässt sich zu einem Ball formen, welcher nicht auseinander fällt! Dann hält der Sand nämlich so fest zusammen, dass der Ritter vom Titelbild darauf reiten kann!

Ein Pferd aus kinetischem Sand trägt den Spielzeug-Ritter

 

Inzwischen bin ich mit dem Bloggen fertig – drei Stunden sind vergangen: Das Pferd (wie auf dem Titelbild) steht immer noch unversehrt auf dem Küchentisch!

Wer es bunt mag, kann den Sand auch mit Lebensmittelfarbe einfärben (rührt dazu die Farbe ins Wasser ein, bevor ihr es zu Sand und Stärke gebt). Ich gebe aber keine Garantie, dass dann beim Spielen die Finger nicht auch bunt werden!

 

Wie funktioniert das?

Auch Stärke besteht aus Molekülketten – die einzelnen Kettenglieder sind Zucker-Ringe aus Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Wasserstoffatomen. Wieder sind Sauerstoff-Atome im Spiel, die sich mit passenden anderen Atomen abwechseln. So können auch zwischen Stärke und Wasser und Sand anziehende zwischenmolekulare Kräfte wirken.

Kinetischer Sand braucht "Zement": Ausschnitt aus einem Stärkemolekül mit Verzweigung (Amylopektin)

Ein Ausschnitt aus einem Stärkemolekül mit Verzweigung (unverzweigte gibt es auch): Zu sehen sind vier Zucker-Einheiten, an den gestrichelten Linien folgen weitere. An jeder Ecke ohne Buchstaben befindet sich ein Kohlenstoff-Atom (C). Zwischen Wasserstoff- und Sauerstoff-Atomen gibt es sogenannte polare Bindungen, die für die anziehenden Kräfte zwischen Stärke und Wasser notwendig sind.

Die knäulen sich zu porösen Körnern zusammen, welche sich mit Wassermolekülen vollsaugen können (wie die Hydroperlen in diesem Experiment, nur sind Stärkekörner sehr, sehr viel kleiner!). So quellen die Körner und pappen dank den zwischenmolekularen Kräften mit dem Wasser zusammen. Vom Kuchenbacken kennt ihr das: Mehl und Wasser ergeben miteinander eine klebrige Pampe.

Wenn man Stärke erwärmt, können sogar richtige chemische Bindungen zwischen den Ketten entstehen: Das Ganze verkleistert – deshalb werden Kuchen fest. So weit wollen wir aber nicht gehen, denn der kinetische Sand soll ja “kinetisch”, also beweglich, sprich formbar bleiben.

Damit die Stärkepampe nicht an den Händen klebt, gebe ich – analog zum Einfetten einer Backform – noch einen Schuss Speiseöl dazu. Das Öl ist nicht mit Wasser mischbar, denn zwischen seinen Molekülen wirk eine andere Sorte Kräfte. So nimmt durch die Zugabe des Öls die pappende Wirkung der Stärke ein wenig ab. Ingesamt wird der Sand aber sehr geschmeidig und hält nach wie vor so gut, dass selbst mein Pferdekopf der Schwerkraft trotzt. Und: Das Speiseöl verdunstet nicht mal eben!

 

Was zu beachten ist/Entsorgung

Zu empfehlen: Indoor-Sandkasten

Vollkommen sauber ist wohl kein selbstgemachter kinetischer Sand. Ein paar Körner lösen sich immer davon und bleiben an Händen oder Umgebung haften. Deshalb empfehle ich, eine Kunststoff-Wanne oder ein Tablett zum Indoor-Sandkasten zu erklären, um den Sand etwas zu bändigen. Wenn dann doch mal was daneben geht, kann es einfach aufgefegt und in den Abfall entsorgt oder mit dem Staubsauger aufgesaugt werden.

Wascht eure Hände nach dem Spielen am besten mit Seife – dank der Superwaschkraft der Tenside darin bekommt ihr das Öl so ganz einfach wieder von den Fingern.

Haltbarkeit dieses kinetischen Sandes

Stärkemehl und Öl sind Lebensmittel – also nicht-sterile, biologische Produkte. Solche halten natürlich nicht ewig, zumal ich beim Anrühren ganz bewusst auf Konservierungsmittel verzichtet habe. Bewahrt den kinetischen Sand nach dem Spielen am besten in einer geschlossenen Tupper-Dose im Kühlschrank auf. Lasst ihn nach dem Herausnehmen ggfs. erst auf Raumtemperatur warm werden. Speiseöl wird nämlich in der Kälte fester, sodass der kalte Sand steif sein kann.

Dann sollte er einige Wochen oder gar Monate halten. Achtet einfach auf die Äusserlichkeiten: Wenn der Sand ranzig riecht oder schimmelt, macht besser neuen. Der alte Sand kann in den Restmüll entsorgt werden.

Jetzt wünsche ich euch aber erstmal viel Spass beim “Sändelen”! – Wie spielt ihr denn am liebsten mit Sand? Kennt ihr noch andere Rezepte für Indoor-Sand?

Bilderbuch-Rezension: Richtig giftig - Richtiger Umgang mit Chemie im Alltag!

Dieser Artikel enthält Affiliate-Links aus dem Affilinet-Partnerprogramm des Orell-Füssli-Verlags (gekennzeichnet mit (*) – (*) ) – euch kosten sie nichts, mir bringen sie vielleicht etwas für meine Arbeit ein. Ich habe für diese Rezension vom Orell Füssli Verlag ein Rezensionsexemplar des Buches  erhalten. Herzlichen Dank dafür! Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation.

 

Eine alltägliche Geschichte

Emma ist vier Jahre alt und langweilt sich. Draussen regnet es und Mama hat keine Zeit. Sie muss das Wohnzimmer putzen. Nicht einmal etwas Süsses hat Emma ihr abschwatzen können. Dabei wollte sie sich doch mit ihrer Puppe Berta zum Tee in der Puppenküche treffen… Aber halt! Der Schrank im Flur steht ja ein Stück offen! Und da ist noch eine Flasche mit leuchtend blauer Flüssigkeit. Hat Papa nicht neulich so eine leckere blaue Limonade gekauft? Die wäre jetzt genau richtig für die Teestunde mit Berta!

Emma holt die Flasche aus dem Schrank und nimmt sie mit ins Kinderzimmer. Dort füllt sie für Berta und sich selbst die blaue “Limonade” in eine Puppentasse. Etwas dickflüssiger als die von Papa ist sie schon. Aber was solls. Während sie mit Berta den neuesten Klatsch austauscht, hebt Emma ihre Tasse, um zu trinken…

Diese oder eine ähnliche Geschichte könnte in jedem Haushalt passieren. Die Flasche aus dem Putzschrank enthält natürlich keine Limonade, sondern ein scharfes Reinigungsmittel. Wenn die Mutter nicht auf das Geschehen aufmerksam wird, bevor Emma von der Flüssigkeit trinkt, kann das Kind sich gefährlich verletzen oder gar vergiften. Das tut furchtbar weh, bringt eine Riesenaufregung mit sich und endet nicht selten im Spital.

Hätte Emma die weisse Raute mit rotem Rand und dem schwarzen Symbol darin auf der Flasche erkannt, wäre es wahrscheinlich gar nicht so weit gekommen. Dieses Zeichen bedeutet nämlich: “Achtung, gefährlich!” Und das steht nur auf den wirklich gefährlichen Sachen. Die sicher keine Limonade (und auch sonst kein Spielzeug) sind.

Damit sich solche Unfälle nicht mehr wiederholen, hat das Schweizerische Bundesamt für Gesundheit BAG mit dem Autor Lorenz Pauli und der Illustratorin Claudia de Weck ein Bilderbuch entwickelt, das schon Kindern im Vorschulalter die Gefährlichkeit von Chemieprodukten im Alltag und die Bedeutung der Warnsymbole näher bringt. Der perfekte Inhalt für Keinsteins Bücherkiste!

Zum Inhalt des Buches

Die neugierigen Schulkinder Mona und Aaron stellen Fragen zum Sinn und Unsinn von Warnhinweisen und Verbotsschildern. Auf der Suche nach Antworten geraten sie in ein rasantes Abenteuer. Darüber vergessen sie völlig, dass sie eigentlich Schule hätten. Macht aber nichts – denn unterwegs lernen sie äusserst Wichtiges über den Umgang mit Gefahren und die GHS-Gefahrstoff-Kennzeichnen (die weissen Rauten mit rotem Rand und schwarzen Piktogrammen), die man auf der Verpackung von gefährlichen Stoffen findet. Und das nicht nur im Labor, sondern auch überall im Haushalt.

Mit dem neuen Wissen kann Aaron sogar seinem Papa helfen, die eigene Wohnung für seinen kleinen Bruder Finn sicher zu gestalten. Denn der soll schliesslich nicht einfach an Putzmittel und Spülmaschinen-Tabs herankommen, wenn mal keiner hinschaut.

Wenn Mona und Aaron auf ihrem Streifzug einen giftigen Strauch entdecken, hält das Buch eine kleine Liste in der Schweiz verbreiteter Giftpflanzen bereit. Um deren Gefährlichkeit sollten Kinder wissen, wenn sie draussen in der Natur spielen. Natürlich ist die Liste bei weitem nicht vollständig, enthält aber solche Arten, deren bunte Blüten oder Früchte besonders anziehend wirken können.

Am Ende des Bandes finden grosse und kleine Leser eine Übersicht über alle GHS-Gefahrensymbole mit ihren Bedeutungen, typischen Gefahren, die von “ihren” Stoffen ausgehen, passenden Sicherheitsmassnahmen und Beispiele für Produkte, auf denen sie zu finden sind.

Die Geschichte von Aaron und Mona wird in farbenfrohen Bildern erzählt, auf welchen es unheimlich viel zu entdecken und beim Vorlesen mit den Kindern zu diskutieren gibt. Zudem bestehen die grossflächigen Bilder auf den Klappen-Innenseiten nur aus Konturen und laden zum Selbstausmalen ein.

Mein Eindruck vom Buch

“Richtig giftig” bringt Kindern (und Grossen) auf farbenfrohe und humorvolle Weise ein Thema nahe, das nicht nur beim Experimentieren überaus wichtig ist.

“Bei Unfällen mit chemischen Produkten in Haushaltungen sind in der Hälfte der Fälle Kinder unter 5 Jahren betroffen. Deshalb ist es wichtig, Kinder möglichst früh auf die Gefahren von chemischen Produkten hinzuweisen”, schreibt auf das Schweizerische Bundesamt für Gesundheit.

Chemische Produkte gibt es in Haushalt und Alltag überall (schliesslich ist alles irgendwie Chemie). Dank der Bildsprache der GHS-Kennzeichnungen können auch Kinder vor dem Lesealter solche Gefahren erkennen lernen. Mit Mona und Aaron gelingt das, ohne unnötige Ängste zu schüren.

Denn: Gefährliche Stoffe sind in der Regel erst dann gefährlich, wenn man nicht richtig mit ihnen umgeht.

Das Bilderbuch “Richtig giftig” ist in meinen Augen zum gemeinsamen Lesen und Entdecken geschaffen. Die Beschäftigungsmöglichkeiten mit diesem Buch gehen weit über das blosse Vorlesen hinaus. Die Illustrationen bieten nämlich reichlich Anlass, mit dem Kind bzw. den Kindern Einzelheiten zu entdecken. Davon ausgehend können Kinder und Erwachsene wunderbar die in der Geschichte und den Abbildungen dargestellten Situationen und Inhalte sprechen und diskutieren.

Und mich haben sie zu einer ganz persönlichen Anregung inspiriert: Tut es doch Aaron und seinem Papa gleich und überprüft gemeinsam euren eigenen Haushalt darauf, ob alles, was gefährlich sein kann, ordentlich und kindersicher untergebracht ist!

Relativ kurze Sätze in grosser Druckschrift ermöglichen Grundschulkindern mit einem gewissen Grundwortschatz zudem, die Geschichte selbst zu lesen. So ist dieses Bilderbuch nicht nur in der Vorleseecke zu Hause gut aufgehoben, sondern auch ein wertvoller möglicher Bestandteil jeder Schulzimmer- oder Kindergarten-Bibliothek.

Eckdaten zum Buch

(*)
Richtig giftig. Wo es echt gefährlich ist.


(*)
Von Lorenz Pauli /Claudia de Weck
In Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Gesundheit BAG
Atlantis-Verlag, Imprint Orell Füssli Verlag AG, Schweiz 2018
Hardcover, grosses Format, 32 Seiten
ISBN 978-3-7152-0755-1

Das Buch ist zudem auch auf Italienisch (Edizioni Casagrande, ISBN 978-88-7713-802-6) und auf Französisch (Editions Rossolis, ISBN 978-2-940585-20-5) erschienen.

Mein Fazit

“Richtig giftig” ist ein thematisch aussergewöhnliches Bilderbuch, das aber in keiner Bücherkiste fehlen sollte. Auch und besonders dann nicht, wenn im Haushalt gerne experimentiert wird. Denn besonders dabei gilt: Damit keine Unfälle mit Gift passieren, muss man vorsorgen. Und dabei muss ein Erwachsener helfen.

Wenn alle Regeln für die Vorsorge eingehalten werden, muss man vor Chemieprodukten jedoch keine Angst haben. Und genau das bringt dieses Bilderbuch mit seinem Humor, der mich manches Mal schmunzeln liess, wunderbar mit zur Geltung.

Im Übrigen gebe ich auch bei meinen Experimenten in Keinsteins Kiste die zugehörigen GHS-Warnsymbole und Sicherheitshinweise an, wenn ein gefährlicher Stoff dabei zum Einsatz kommt. So könnt ihr schon vorsorgen, bevor ihr das Experiment durchführt, und schlimmere Unfälle verhindern.

Falls trotz allem doch einmal etwas passieren sollte und ihr nicht sicher seid, was zu tun ist, könnt ihr jederzeit die Nummer des Giftnotrufs wählen und schildern, was geschehen ist. Die Fachleute am anderen Ende der Leitung werden euch anleiten und euch Rat geben, ob und wann ihr beim Arzt oder im Spital/Krankenhaus Hilfe suchen solltet.

In der Schweiz betreibt ToxinfoSuisse die Notfallnummer 145 .

In Deutschland sind die Giftnotrufzentralen auf die verschiedenen Bundesländer verteilt. Eine Liste der jeweiligen Telefonnummern gibt es hier.

In Österreich ist die Vergiftungsinformationszentrale unter +43 1 406 43 43 zu erreichen.

Und jetzt wünsche ich euch viel Spass beim Lesen, Stöbern und sicheren Experimentieren!