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Experiment und Haushaltstipp: Silber putzen leicht gemacht!

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Silber putzen leicht gemacht!

Die Weihnachtszeit ist auch die Zeit von Festtagsmenu und fein herausgeputzter Tafel. Aber gerade wer die eher selten eindeckt, steht mitunter vor einem ungeliebten Haufen Arbeit: Das Tafelsilber ist schon wieder angelaufen – und auch der Silberschmuck zum Festtagsoutfit glänzt nicht mehr. Also ist Putzen und Polieren angesagt…es sei denn, man versteht ein wenig von Chemie.

Dieser Beitrag ist Teil des Adventskränzchens 2019!
Weitere Beiträge zum Thema des Tages „Fein herausgeputzt“ findet ihr auf
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https://das-leben-ist-schoen.net

Warum läuft Silber an?

Landläufig kennt man Silber eigentlich als Edelmetall – also als eines jener Metalle, die als so reaktionsträge gelten, dass sie auch an der Luft mehr oder weniger blank bleiben. „Reaktionsträge“ meint dabei „schwer bis gar nicht zu oxidieren“. Und für das Oxidieren an der Luft ist in der Regel der darin enthaltene Sauerstoff verantwortlich. Der kann dem Silber aber gar nichts, wenn er alleine ist. Anders sieht es aber aus, wenn der Sauerstoff Unterstützung durch seinen grossen Bruder hat: Den Schwefel.

Schwefel: Der anrüchige Bruder des Sauerstoffs

Der steht im Periodensystem der Elemente direkt unter dem Sauerstoff, was bedeutet, dass Schwefel und Sauerstoff chemisch miteinander eng verwandt sind. So gibt es Schwefel auch in Form von S2--Ionen, analog zu den Sauerstoff-Anionen O2-. Und diese S2- -Ionen kommen zum Beispiel im Schwefelwasserstoff, H2S, einem äusserst übelriechenden Gas, oder in organischen Verbindungen, den sogenannten Thiolen, vor. „Thio-“ ist altgriechisch für Schwefel und die Endung „-ol“ weist auf die chemische Verwandschaft hin: Thiole sind die schwefelhaltigen Geschwister der Alkohole.

Ebenso haben auch die Aldehyde und Ketone (Sauerstoffverbindungen, die entstehen, wenn man Alkohole oxidiert – darunter Acetaldehyd, das uns nach Alkoholgenuss den Kater beschert) schwefelhaltige Geschwister.

All diese organischen Schwefelverbindungen sind oft ziemlich üble Stinker, und das nicht von ungefähr: Wie Schwefelwasserstoff sind einige Thiole hochgiftig, sodass der Gestank uns Menschen aus gutem Grund dazu bewegt, vor ihnen wegzulaufen. Andere Verbindungen werden von Pflanzen verwendet, um ihre Fressfeinde abzuschrecken. Ein bekanntes Beispiel dafür sind Zwiebeln. Der Stoff, der uns beim Schneiden von Zwiebeln Tränen in die Augen treibt, um uns vom Zerstören der Knollen abzuhalten, gehört auch zur Grossfamilie der schwefelorganischen Verbindungen.

Wie Schwefel an das Silber kommt

Tatsächlich kann man Thiole und andere schwefelorganische Verbindungen – und damit auch Schwefelwasserstoff in kleinen Mengen – überall dort finden, wo Leben ist oder war. Zum Beispiel in Lebensmitteln, auf unserer Haut oder auch in Kosmetika. So ist es nur natürlich, dass unser Tafelsilber und Silberschmuck, wenn wir sie benutzen, nebst Sauerstoff auch mit S2--Ionen in Berührung kommt.

Und die bilden mit Silberionen, Ag+, ein schwarzes, wasserunlösliches Salz, das Silbersulfid Ag2S:

2Ag+ + S2- –> Ag2S

Dabei wird eine Menge Energie frei. Das bedeutet, dem fertigen Silbersulfid wohnt viel weniger Energie inne als dem Silber-Metall und den S2--Ionen. Und Zustände mit möglichst wenig Energie strebt die bequeme Natur stets an. Der Zustand als Silbersulfid ist sogar dermassen erstrebenswert, dass Luftsauerstoff aus Silber-Metall Silber-Ionen machen kann (das geht normalerweise nicht von selbst), wenn S2- zur Stelle ist, um mit letzteren Silbersulfid zu bilden. Und zwar direkt an der Oberfläche des Silber-Metalls, wo die Ag+-Ionen entstehen. So bleibt das wasserunlösliche Silbersulfid gleich dort und bildet die dunkle Patina, die Silber so häufig überzieht.

Wie wird man die Silbersulfid-Schicht wieder los?

Grundsätzlich gibt es zwei Wege, die schwarze Schicht von der Silberoberfläche zu bekommen:

  • Man schrubbt oder löst sie ab – dann ist das Silber darin aber verloren.
  • Man macht aus den Silberionen darin wieder metallisches Silber und setzt die Sulfid-Ionen frei.

Ich ziehe den zweiten Weg dem ersten vor, um möglichst viel Silber an meinen Gegenständen zu erhalten. Und dazu gibt es neben kommerziellen Reinigungsmitteln verschiedenste Hausmittel im Netz. Besonders interessant – weil so einfach und wirksam, finde ich dieses:

Silber mit Aluminiumfolie in Salzwasser reinigen

Ihr braucht dazu

  • euer angelaufenes Silber (Besteck, Tafelsilber oder Schmuck ohne Steine oder sonstiges Beiwerk!)
  • Aluminiumfolie
  • etwas Kochsalz
  • Leitungswasser
  • Kochtopf und Herd
  • einen gut belüfteten Raum bzw. eine Dunstabzugshaube zum Herd
  • eine Grillzange oder ein ähnliches Greifwerkzeug
Was ihr zum Silber putzen braucht: Silber, Kochsalz, Alufolie, Kochtopf
Ich habe für meinen Testlauf ein Schmuckstück aus 925er Silber verwendet (unten im Bild). Das bedeutet, 925 von 1000 Teilen oder 92,5% des Metalls sind Silber, der Rest besteht aus anderen Metallen – in der Regel Kupfer. In solch einer Legierung ist das Silber etwas härter als in ganz reiner Form. Silberbesteck besteht übrigens meistens aus 80% Silber und 20% Kupfer und ist damit noch härter. Doch so lange das Besteck nicht grün angelaufen ist, funktioniert dieser Trick auch damit.

So geht’s

  • Füllt Wasser in den Topf (es soll eure Silbergegenstände später ganz bedecken) und gebt einen Löffel Kochsalz hinzu (als wolltet ihr z.B. Spaghetti kochen)
  • Bringt das Wasser auf dem Herd zum Kochen
  • Zerteilt inzwischen die Aluminiumfolie in kleine Schnipsel und gebt sie in das kochende Wasser. Die Schnipsel sollten ganz ins Wasser eingetaucht sein – hierzu ist die Grillzange sehr nützlich!
  • Legt den Silbergegenstand in das kochende Wasser, lasst das Ganze kurz aufkochen und nehmt das Silber mit der Zange wieder heraus (Vorsicht, heiss!). Wenn ihr das ganze Tafelsilber säubern wollt, wiederholt diesen Schritt einfach mit den nächsten Teilen.
  • Lasst das Metall kurz abkühlen und trocknet es gründlich ab
Silber und Alufolie im Kochtopf
Kaum zu sehen: Das Silber liegt auf dem Grund des Salzwassers mit Aluminium-Schnipseln.

Was ihr beobachten könnt

Das Silber wird innerhalb einer Minute oder weniger wieder hell und glänzend. Der aufsteigende Wasserdampf riecht währenddessen ein wenig nach faulen Eiern – deshalb grössere Mengen nicht einatmen, gut lüften oder den Abzug verwenden!

Vorsicht, heiss: Gerade aus dem Topf gehoben glänzt das Silber blitzblank!
Vorsicht, heiss: Gerade aus dem Topf gehoben glänzt das Silber blitzblank!

Was passiert da?

Aluminium ist ein sehr unedles Metall. Es wird also leicht oxidiert. Oxidation bedeutet: Das Aluminium gibt Elektronen an einen Reaktionspartner ab:

Ein möglicher Reaktionspartner, der freiwillig Elektronen von Aluminium entgegennimmt (die Aufnahme von Elektronen eines Reaktionspartners heisst Reduktion), sind Silberionen, Ag+:

Links: Das Schmuckstück vor dem Kochen mit deutlich sichtbarer Silbersulfid-Schicht.
Rechts: Nach dem Kochen, Abkühlen und Trocknen glänzt das Silber wieder hell.

Euch kommt das irgendwie bekannt vor? Richtig: Aluminiumfolie als Rostfänger in der Spülmaschine funktioniert ganz ähnlich! Mit dem Unterschied, dass das Aluminium dort der Entstehung von Flugrost (d.h. Eisen-Ionen) zuvorkommt, weil es leichter als Eisen oxidiert wird.

Für die Reduktion von Silbersulfid müssen die Elektronen aber irgendwie vom Aluminium in der Folie zum Silbersulfid an der Oberfläche unseres Tafelsilbers gelangen. Und Elektronen, die auf Wanderschaft gehen, sind elektrischer Strom.

Elektronentransport dank Elektrolytlösung

Hier kommt das Kochsalz, NaCl, ins Spiel. Gibt man es ins Wasser, löst es sich nämlich in Na+– und Cl–-Ionen auf. Und Ionen, die sich in einer Flüssigkeit bewegen können, leiten den elektrischen Strom! Anders als in einem Kabel, durch welches Elektronen einfach hindurchströmen, wandern positiv geladene Ionen (Kationen) hierzu durch die Flüssigkeit dorthin, wo es viele Elektronen gibt (zur „Kathode“), um dort Elektronen (hier vom Aluminium) „huckepack“ zu nehmen, während die negativen Ionen (Anionen) dorthin wandern, wo wenig Elektronen sind (zur „Anode“), um dort Elektronen abzugeben (hier an die Silberionen). Eine solche leitfähige Flüssigkeit nennen die Chemiker „Elektrolyt“.

Ebenso wie Kochsalz funktionieren natürlich auch andere wasserlösliche Salze als Bestandteil der Elektrolytlösung zum Silberputzen. Natron, Soda oder Backpulver werden gerne als Alternativen genannt. Diese reagieren allerdings basisch und bilden mit vielen Metallen – auch Aluminium – schwer lösliche Hydroxide. Und die könnten die Oberfläche der Aluminiumfolie für die Redox-Reaktion mit dem Silber blockieren („passivieren“). Deshalb – und weil Basen die Haut eher reizen als neutrale Stoffe oder Säuren – finde ich Kochsalz als Elektrolyt einfach bequemer.

Da auf diese Weise sehr bequemes Silbersulfid zerstört werden soll, braucht es zusätzlich noch Energie, damit das Ganze funktioniert. Und die fügen wir durch das Erhitzen zu.

Und woher kommt der Geruch nach faulen Eiern?

Wenn die Ag+-Ionen zu metallischem Silber reagieren, bleiben die S2--Ionen übrig:

Die bleiben aber ungern nackt und einsam, sodass sie sich sofort von den nächstbesten Wassermolekülen H+-Ionen schnappen:

Also insgesamt:

Das Gas H2S, also Schwefelwasserstoff, ist giftig, wasserlöslich, verdampft aber leicht – ganz besonders, wenn die Lösung gerade kocht. Deshalb können wir es im Wasserdampf, der aus unserem Topf mit dem Silber aufsteigt, riechen. Aber keine Sorge: Gerade weil dieses Gas so giftig ist, ist die menschliche Nase darauf äusserst empfindlich. Bevor wir gesundheitsschädliche Mengen davon einatmen können, sind wir in aller Regel längst vor dem Gestank davongelaufen.

Trotzdem solltet ihr euren Raum, in dem ihr Silber auf diese Weise putzt, gut lüften oder die Dunstabzugshaube einschalten, damit sich das Gas nicht sammelt – und damit nicht eure ganze Wohnung danach stinkt 😉 .

Was passiert, wenn man viel Silber reinigt?

Wenn ihr viel Silber reinigt, könnte es auch mit Kochsalz als Elektrolyt passieren, dass eure Alufolienschnipsel stumpf werden. Denn dank der frei werdenden S2--Ionen kommt ihr letztlich um die Entstehung von Hydroxiden (Verbindungen mit OH–-Ionen) nicht herum. So lassen sich alle Gleichungen oben zu einer einzigen Reaktionsgleichung zusammenfassen:

Sollte sich das Aluminiumhydroxid Al(OH)3 an der Oberfläche der Alufolie sammeln, bis das Reinigen des Silbers nicht mehr funktioniert, tauscht die Folienschnipsel einfach gegen frische Schnipsel aus. Zudem könnt ihr die Haltbarkeit der Folienschnipsel etwas verlängern, indem ihr ein wenig Säure, zum Beispiel Zitronensäure, zur Salzlösung gebt.

Wenn ihr euch gut mit Chemie auskennt, könntet ihr natürlich eine Pufferlösung einzusetzen, um die Alufolie noch deutlich länger „frisch“ zu halten. Aber das ist eine andere Geschichte.


Entsorgung

Da bei diesem Verfahren Silberionen an der Silberoberfläche zu metallischem Silber reduziert werden, sollte eure Salzlösung nach dem Kochen praktisch kein Silber enthalten. Das Aluminium reagiert ebenfalls zu schwer löslichen Salzen (spätestens dann, wenn ihr die gebrauchte Lösung mit etwas Natron basisch macht).

Wenn die, nachdem ihr viel Silber gereinigt habt, als sichtbare Schlieren oder Trübung aus der Lösung ausfallen, könnt ihr die Flüssigkeit filtrieren, das Filterpapier (z.B. einen Kaffeefilter) trocknen lassen und in den Hausmüll geben.

So könnt ihr die verbleibende Salzlösung nach dem Abkühlen – und nachdem ihr die Folienschnipsel herausgenommen habt, in den Ausguss entsorgen.

Die Folienschnipsel könnt ihr wie anderes Haushalts-Aluminium auch in den Recycling-Abfall geben (in der Schweiz in den Container an der Abfall-Sammelstelle, in Deutschland und Österreich über die gelbe Tonne).

Wenn ihr ausserdem Kupfer oder Messing putzen möchtet: Auch dafür gibt es einen einfachen Chemie-Trick – den findet ihr hier!

Und wie putzt ihr euer Silber für gewöhnlich?

Hast du das Experiment nachgemacht:

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Experiment: Eis schneiden – oder auch nicht

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Experiment für Kinder: Eis schneiden

Kann man einen Eiswürfel zerschneiden? Sicherlich…oder doch nicht? In diesem Experiment könnt ihr durch Eis schneiden, ohne es dabei zu zerteilen. Klingt nach Zauberei? In jedem Fall aber nach der wahrlich zauberhaften Physik von Wasser!

Ein Eiswürfel- Experiment für kalte coole Tage

Mit dem letzten Wochenende kamen die ersten kalten Tage des bevorstehenden Winters. Das ist genau die richtige Zeit für buchstäblich „coole“ Experimente mit Eis und Wasser. Bei beiden handelt es sich natürlich um den gleichen Stoff – einmal fest, einmal flüssig. Und bestimmt wisst ihr auch, bei welcher Temperatur das Wasser am der Erdoberfläche diesen Zustand ändert. Richtig: Bei 0°C schmilzt Eis bzw. gefriert flüssiges Wasser.

Das ist an sich nichts besonderes. Die meisten Stoffe wechseln an der Erdoberfläche bei einer bestimmten Temperatur vom festen zum flüssigen Zustand und zurück. Nur manche Stoffe wie Kohlenstoffdioxid oder Jod werden ohne Umweg vom Feststoff zum Gas (Physiker sagen, diese Stoffe „sublimieren“, anstatt zu schmelzen).

Wasser hat darüber hinaus jedoch eine weitere Eigenschaft, dank derer ihr es für geradezu magische Phänomene und Experimente gut ist. Und ein solches Experiment für Kinder möchte ich euch heute vorstellen: So könnt ihr durch Eis schneiden ohne es zu zerteilen – und dabei nicht nur die Anomalie des Wassers nutzen, sondern auch lernen, wie Schlittschuhe funktionieren.

Ihr braucht dazu

  • Eiswürfel
  • eine Gabel
  • 1,5l-Getränkeflasche mit Inhalt oder ähnliches Gewicht (leichtere gehen auch, aber: je schwerer das Gewicht, desto besser!)
  • dünnen Draht
  • einen Tisch
  • Klebeband (Panzertape hält sehr gut und lässt sich erstaunlich einfach wieder ablösen)
  • einen grossen Behälter (Wanne, Backblech,…)

So geht’s

  • Klebt den Stiel der Gabel so auf dem Tisch fest, dass das Kopfstück mit den Zinken über den Rand der Tischplatte schaut.
Der Gabelstiel ist mit Panzertape an der Tischplatte festgeklebt. So trägt er das 1,5kg - Gewicht locker!
Mit Panzertape hält die Gabel bombenfest und lässt sich nach dem Experiment doch gut wieder lösen.
  • Platziert das grosse Gefäss unter der überhängenden Gabel. Der Boden soll schliesslich nicht nass werden, wenn euer Eiswürfel schmilzt.
  • Wickelt ein Stück Draht so um den Hals der gefüllten (ob mit Wasser oder sonst einem Getränk ist egal) Flasche, dass eine lange Schlaufe absteht.
  • Nehmt einen Eiswürfel aus dem Gefrierfach und legt ihn auf die Zinken der Gabel.
    Hängt die Drahtschlaufe über den Eiswürfel und lasst die daran hängende Flasche vorsichtig los.
  • Wartet einige Minuten ab und beobachtet!
Gabel, Eiswürfel und Wasserflaschen-Gewicht mit Auffangblech am Tisch
Aufbau im Ganzen: Oben an der Tischkante die Gabel mit dem Eiswürfel, darüber der Draht, an welchem die Flasche hängt. Das Backblech unten fängt Schmelzwasser auf – so bleibt der Parkettboden heil.
Im Hintergrund ein Blick hinter die Kulissen: Das Fotozelt – hier Lichtquelle – liefert bei den handlicheren Experimenten in Keinsteins Kiste den weissen Hintergrund!

Was ihr beobachten könnt

Der Draht sinkt langsam nach unten in das Eis. Dabei entsteht jedoch kein Spalt. Stattdessen verfestigt sich das Eis über dem  Draht erneut! Wenn der Eiswürfel nicht zu schnell schmilzt, schneidet sich der Draht den ganzen Weg hindurch – ohne das Eis zu zerteilen!

Sicht von vorne: Der Draht ist vollständig in den Eiswürfel eingesunken.
Nach einigen Minuten ist der Draht komplett in den Eiswürfel eingesunken!

Tipp: Je kühler die Umgebungsluft, desto weniger schnell schmilzt der Eiswürfel weg. Wenn es im  Zimmer zu warm ist, könnt ihr das Experiment ebenso gut im Garten oder auf dem Balkon machen. Je nachdem, wo ihr das Experiment aufbaut, braucht ihr dann auch kein Auffanggefäss für das Schmelzwasser.

Eiswürfel frei schwebend auf der Drahtschlaufe: Runterfallen ist unmöglich!
Der Beweis: Hier halte ich nur die Flasche fest! Der Eiswürfel ist wie eine Perle auf dem Draht „aufgefädelt“ und schwebt somit abseits der Gabel frei.

Was passiert da?

Um Eis zu schmelzen ist Energie nötig (das könnt ihr mit diesem Experiment deutlich machen). Wenn man einen Stoff schmelzen möchte, führt man diese Energie normalerweise in Form von Wärme zu. Wasser – und das macht diesen Stoff so einzigartig – kann allerdings auch durch Druck zum Schmelzen gebracht werden.

Die Gewichtskraft, die auf die Flasche wirkt (und einer Masse von mindestens 1,5kg bei Erdanziehung auf Bodenhöhe entspricht), zieht den Draht nach unten. So übt er an der Auflagefläche Druck auf das Eis aus und lässt es unter dem Draht schmelzen.

Wie kann Druck zum Schmelzen von Eiskristallen führen?

Wasser ist ein ganz besonderer Stoff. Während die Dichte (die Masse eines bestimmten Volumens) der meisten Stoffe um so grösser wird, je kälter die Stoffe werden, hat Wasser bei +4°C die grösste Dichte.

Das heisst, ein Kilogramm Wasser bei 4°C braucht nicht nur weniger Platz als ein Kilogramm Wasser bei 20°C, sondern auch weniger als ein Eisblock von einem Kilogramm Gewicht (der höchstens 0°C warm sein kann). Dass Eis „grösser“ ist als flüssiges Wasser, könnt ihr übrigens mit diesem Experiment zeigen: Eis wächst!

Wirkt ein Druck auf einen Stoff, wird dieser – wenig überraschend – zusammengedrückt. Die meisten Stoffe brauchen unter hohem Druck als Feststoffe am wenigsten Platz. Da Wasser jedoch als Flüssigkeit am „kleinsten“ ist, wird es unter Druck flüssig – und das erst noch, ohne besonders warm zu werden. Denn denn wenigsten Platz braucht es ja bei nur 4°C oberhalb seines Schmelzpunktes.

Die Moleküle von flüssigem Wasser sind – anders als im Eiskristall – weitestgehend frei beweglich. So gelangen sie um den Draht herum, der somit nach unten auf das verbleibende Eis sinkt und es weiter schmelzen kann. Auf diese Weise „schneidet“ sich der Draht durch den Eiswürfel.

Warum friert der Spalt über dem Draht wieder zu?

Sobald das flüssige Wasser einen Weg um den dünnen Draht herum gefunden hat, steht es kaummehr unter Druck (der Atmosphärendruck ist natürlich noch vorhanden, spielt hier aber keine massgebliche Rolle). So kann es sich wieder auf seine ursprüngliche Grösse ausdehnen. Da zum Ausdehnen Energie aufgewendet werden muss, kühlt die unmittelbare Umgebung dabei ab, und das Wasser oberhalb des Drahtes wird wieder zu festem Eis.

Schlittschuhspass dank der Anomalie des Wassers

Diese besondere Fähigkeit des Wassers habt ihr wahrscheinlich schon genutzt, ohne es zu wissen. Auf diese Weise funktionieren nämlich Schlittschuhe: Die Kufen üben Druck auf das Eis aus, sodass dessen Oberfläche direkt unter ihnen schmilzt. So entsteht ein dünner Film aus beweglichen Wassermolekülen, auf welchem eure Schlittschuhe fast ohne Reibungswiderstand über das Eis gleiten können!

Dabei müsst ihr euch keine Sorgen machen, dass eure Eisfläche durch das Schlittschuhlaufen wegschmilzt. Denn sobald eure Kufen weiter geglitten sind, kann sich das darunter zusammengedrückte Wasser wieder ausdehnen und gefrieren. Wenn ihr das nächste Mal auf der Eisbahn seid, achtet darauf: So lange die Lufttemperatur nicht übermässig hoch ist, werdet ihr keine flüssigen, sondern allenfalls fest wirkende Spuren hinterlassen.


Entsorgung

Wenn ihr die Eiswürfel aus Leitungswasser gemacht habt, könnt ihr das Schmelzwasser nachher wie Leitungswasser verwenden: In den Ausguss geben, die Blumen damit giessen,… Den Inhalt der Getränkeflasche könnt ihr selbstverständlich trinken – und damit zum Beispiel auf den gelungenen Versuch anstossen ;).

Sollte das Klebeband Rückstände auf dem Tisch hinterlassen, können Lösungsmittel wie Brennsprit/Spiritus (Ethanol), Fleckbenzin oder Aceton bei der Entfernung helfen. Testet vorher immer, ob eure Tischoberfläche sich mit dem Lösungsmittel eurer Wahl verträgt! Mein Panzertape habe ich übrigens ganz ohne Rückstände von der matt lackierten Holzplatte lösen können.

Nun wünsche ich euch viel Spass beim Experimentieren! Erzählt doch mal, wie das Experiment bei euch funktioniert – oder von euren Beobachtungen beim Schlittschuhlaufen!

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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Experiment: Blätter transportieren Wasser – ein Kontrollversuch macht es sichtbar!

Experiment: Blätter transportieren Wasser - und warum ein Kontrollversuch wichtig ist

Es ist Herbst, und langsam färben sich die Blätter bunt. Sie zu sammeln und aufzuheben macht Freude. Aber wenn man nicht achtgibt, rollen sie sich nur zu schnell ein und werden spröde. Aber warum werden lose Blätter trocken? Weil sie nichts mehr zu trinken haben, ist eine naheliegende Antwort. Aber nicht die einzige: Dazu kommt, dass Blätter ständig Wasser an die Luft abgeben – als Wasserdampf, der von ihrer Oberfläche verdunstet.

Dieses Experiment zeigt, wo Pflanzen das Wasser hernehmen – und dass sie es tatsächlich von einem Ort an einen anderen befördern können.

Ihr braucht dazu

  • 2 gleiche Gläser
  • Wasser
  • einen Zweig mit grünen Blättern
  • etwas Speiseöl
  • ggfs. Pasteurpipette (z.B. Deckel einer Nasentropfen-Flasche)
Links: Glas mit einem Blatt einer Glyzine („Blauregen“), Rechts: Kontrolle ohne Blatt
Ich habe Olivenöl verwendet, dass eine gelbliche Farbe hat. Andere Speiseöle sind weniger farbig, funktionieren aber ebenso.
Bei dem dünnen Blattstiel hätte ich aber ewig warten können…

So geht’s

Füllt die Gläser etwa zwei Drittel hoch mit Wasser. Die Füllhöhe soll dabei in beiden Gläsern gleich sein. Schneidet den Zweig am unteren Ende schräg an und stellt ihn in ein Glas. Bedeckt nun die ganze Wasseroberfläche in beiden Gläsern mit einer Schicht Speiseöl. Eine Pipette kann beim sauberen Dosieren helfen. Ausserdem könnt ihr mit der Pipettenspitze das Öl zum Glasrand hin verstreichen, bis es daran kleben bleibt. Stellt anschliessend beide Gläser für einige Stunden, besser einen Tag lang an die Sonne oder in einen warmen Raum.

Mit einem verholzten Zweig vom Kirschbaum samt sieben Blättern konnte ich schliesslich doch einen Effekt beobachten…

Was ihr beobachten könnt

Der Wasserspiegel im Glas mit dem Zweig sinkt mit der Zeit, während jener im Glas ohne Zweig unverändert bleibt.

Nach zwei bis drei Stunden an der Sonne steht das Wasser im Glas mit den Zweigen 1 bis 2 Millimeter weniger hoch als im Kontrollglas.
Nach einem zusätzlichen Tag im Innenraum fällt das Ergebnis noch deutlicher aus: Der Unterschied beträgt jetzt mehr als 5 Millimeter!

Was passiert da?

Blätter geben über kleine Poren (Spaltöffnungen) an ihrer Oberfläche ständig Wasser(-dampf) an die Luft ab.

Blätter unter dem Mikroskop, mit sichtbaren Spaltöffnungen
Dies ist die untere Aussenhaut eines frischen Blattes meiner Tomatenpflanze bei 100-facher Vergrösserung. Die winzigen Spaltöffnungen (sie sind ca. 0,05 – 0,1 mm klein!) sind als dunkelgrüne Punkte gut erkennen (die Ränder der Spalten enthalten den grünen Blattfarbstoff Chlorophyll, die übrigen Aussenhautzellen nicht). Diagonal durch das Bild verläuft eine „Blattader“, d.h. Leitungsbündel, in dessen Umgebung ebenfalls chlorophyllhaltige Zellen haften geblieben sind.

Durch den Wasserverlust entsteht ein Unterdruck, der über die Wurzeln der Pflanze Wasser aus dem Boden nach oben saugt. Als Leitungen dienen dabei dünne Röhren im Inneren der Stängel sowie die „Adern“ in den Blättern. Da der geschnittene Zweig weder Wurzeln noch Boden hat, wird das Wasser im Experiment direkt aus dem Glas gezogen. Mit dem Stängel werden nämlich auch die Röhren darin angeschnitten, sodass sie nun offen ins Wasser ragen. Mit dem schrägen Schnitt vermeidet ihr, dass die Öffnungen der Röhren flach auf den Glasboden gedrückt und so verschlossen werden.

Warum rollen sich trockene Blätter nun ein?

Einen guten Teil des in die Blätter hinauf gesogenen Wassers gibt die Pflanze nicht sofort wieder ab. Stattdessen speichert sie es in kleinen Hohlräumen (Vakuolen) in ihren Zellen. Sind die Vakuolen prall gefüllt, sind auch die Zellen prall und das Blatt erscheint straff und fest.

Wenn der Wassernachschub ausbleibt, werden die Vakuolen zunehmend entleert: Die Blätter werden zunächst schlaff (dieser Teil lässt sich umkehren und die Pflanze „wiederbeleben“ – wie genau, erfahrt ihr hier). Wenn die Wasservorräte ganz verbraucht sind, können die Blattzellen nicht mehr funktionieren und sterben ab. Ohne pralle, formgebende Wasserspeicher fallen die „Skelette“ der sterbenden und toten Zellen regelrecht in sich zusammen, sodass das Blattgewebe krumm und spröde wird.

Und wozu das Speiseöl?

Das Speiseöl verhindert, dass Wasser über die Wasseroberfläche verdunstet. So muss das Wasser, das im Glas mit dem Zweig fehlt, von dessen Blättern „ausgeschwitzt“ worden sein!


Ein Forschertrick: Sichere Ergebnisse durch Kontrollversuche

Das zweite, leere Glas dient als direkte Vergleichsmöglichkeit: Ihr könnt den Unterschied zwischen einem Glas mit Verdunstungsmöglichkeit über einen Zweig und einem Glas, aus dem nichts verdunsten kann, auf einen Blick sehen. So könnt ihr

  1. auch kleine Unterschiede rasch erkennen.
  2. sicher gehen, dass ihr den Zweig auch dann „schwitzen“ seht, wenn doch etwas Wasser durch das Öl verdunsten sollte. Das geschähe dann nämlich in beiden Gläsern in gleicher Weise. Folglich muss ein sichtbarer Unterschied etwas mit dem Zweig zu tun haben.

Auch die grossen Forscher machen Kontrollversuche

In der wissenschaftlichen Forschung sind solche Kontrollversuche von entscheidender Wichtigkeit. Je komplizierter die Versuche nämlich sind, desto mehr Umstände können das Ergebnis beeinflussen. Besonders wenn Lebewesen an Experimenten beteiligt sind, sind Forscher oft gar nicht in der Lage, jeden einzelnen dieser Umstände nachzuvollziehen und seinen Einfluss auf das Ergebnis zu bestimmen.

Ein Kontrollversuch unter möglichst gleichen Bedingungen, aber ohne das Detail, das man untersuchen möchte, zeigt einem die Summe aller zusätzlichen Einflüsse. Wenn das zu untersuchende Detail zu einem davon unterschiedlichen Ergebnis führt, kann man sicher sein, dass eben dieses Detail auch die Ursache dafür ist. Und das, ohne jeden einzelnen Umstand mit Einfluss zu kennen!

Das gilt für einfache Experimente wie den Nachweis eines Stoffs mit einem Reagenz bis hin zu Studien, in welchen Medikamente an Menschen getestet werden.

Mit Kontrollversuchen lässt sich der Placebo-Effekt „ausblenden“

Bei solchen Studien erhält eine zusätzliche Gruppe von Versuchspersonen, die „Kontrollgruppe“ genannt wird, ein Medikament ohne Wirkstoff – ein sogenanntes Placebo. Das menschliche Gehirn ist nämlich ein besonders schwer zu kontrollierender Einfluss auf Versuchsergebnisse: Es lässt uns selbst dann eine Veränderung unseres Befindens wahrnehmen, wenn kein Wirkstoff im genommenen Medikament ist (das nennen die Forscher den Placebo-Effekt)!

Der Placebo-Effekt tritt (wie viele andere Umstände) sowohl bei der Kontrollgruppe als auch bei der Gruppe mit Wirkstoff auf. Wenn das Ergebnis bei der Gruppe mit Wirkstoff trotzdem anders ist als das bei der Kontrollgruppe, hat das mit ziemlicher Sicherheit der Wirkstoff bewirkt. Gibt es dagegen keinen Unterschied zwischen der Gruppe mit Wirkstoff und der Kontrollgruppe, bewirkt der „Wirkstoff“ ebenso sicher nichts.   


Zusammenfassung

Dieses einfache Experiment zeigt, dass Pflanzen Wasser aus dem Boden (oder einem Glas) „trinken“ und als Wasserdampf an die Luft abgeben können.

Ein Kontrollversuch ohne Pflanze macht diesen Effekt im Vergleich direkt sichtbar. Ausserdem lässt sich mit seiner Hilfe ausschliessen, dass andere Faktoren für das Verschwinden des Wassers aus dem Glas verantwortlich sind. Derartige Kontrollen sind ein äusserst wichtiger Bestandteil wissenschaftlicher Forschung.

Ihr könnt euch die Trink- und Schwitz-Fähigkeit von Pflanzen übrigens direkt zu Nutze machen: Zimmerpflanzen im Raum sorgen dafür, dass auch im Winter die Raumluft nicht zu trocken wird!

Entsorgung

Den Zweig könnt ihr auf den Kompost oder in den Grünabfall geben. Oder ihr lasst ihn als Dekoration im Wasserglas stehen oder verwendet ihn für weitere Blatt-Experimente.

Wasser und Speiseöl könnt ihr in den Ausguss entsorgen. Die Super-Waschkraft von Spülseife hilft dabei, Ölreste von den Gläsern zu entfernen und fort zu spülen. Nicht verwendetes Speiseöl könnt ihr natürlich zum Kochen weiterverwenden.

Oder ihr nehmt bloss den Zweig aus dem Glas und verwendet es samt Inhalt für das Experiment mit der DIY-Lavalampe!

Ich wünsche euch viel Spass beim Experimentieren!

Hast du das Experiment nachgemacht:

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Experiment mit Wasser : Die Münzenwippe

Experiment mit Wasser : Die Münzwippe

Endlich hat es gewittert und ein wenig abgekühlt! Dazu war heute vormittag noch Regen angesagt. Zeit für ein kleines Experiment für zwischendurch, das ihr sowohl draussen als auch drinnen machen könnt. Dabei geht es um die Superkräfte von Wasser ….oder doch nicht?

Unglaubliche Kräfte schlummern nämlich nicht nur in Wasser, sondern auch in der Luft! – Und diese Kräfte könnt ihr mit ganz einfachen Mitteln selbst erforschen:

Ihr braucht dazu

  • ein Trinkglas
  • einen glatten Pappstreifen, aus einem Tetrapack zugeschnitten
  • kleine Münzen (z.B. Fünfräppler, aber Eurocents tun es genauso)
  • Wasser
Für das Experiment braucht ihr: Trinkglas, Wasser, Pappstreifen aus Tetrapak, kleine Münzen

Die Idee habe ich von „Schule und Familie„. Wie dort beschrieben mit einem einfachen Pappstreifen funktioniert das Experiment aber nicht so recht: Die Pappe saugt sich im Nu mit Wasser voll, wird weich und krumm, sodass die Münzen vorzeitig abrutschen. Die „Innen-„seite eines Tetrapacks ist jedoch wasserdicht beschichtet (das Getränk soll ja im Karton bleiben). Da wird nichts krumm und die Münzwippe funktioniert wunderbar.

So geht’s

  • Füllt das Glas randvoll – und ein Bisschen darüber hinaus – mit Wasser. Das Wasser soll sich leicht über den Glasrand aufwölben. Eine saubere Tropfpipette (zum Beispiel der Deckel einer Nasentropfen-Flasche, gibt es auch einzeln für kleines Geld in der Drogerie!) kann dabei helfen, die letzten Tropfen vorsichtig einzufüllen.
  • Legt den Tetra-Pappstreifen mit der „Innenseite“ nach unten und mit einem Ende so auf das Glas, dass er die Öffnung ganz verschliesst. Vielleicht merkt ihr schon, wie er sich festsaugt.
Alles bereit: Ein Ende der Pappe liegt mit der Beschichtung nach unten auf dem Glas.
Alles bereit: So liegt die Pappe richtig auf dem Glas!
  • Stapelt nun vorsichtig eine Münze nach der anderen auf das überhängende Ende. Der Streifen wird trotz Übergewicht eine ganze Weile auf dem Glas liegen bleiben! Ich habe fünf Fünfräppler geschafft, bevor der Streifen sich beim sechsten schliesslich doch gelöst hat. Wer schafft mehr?
Die Münzwippe in Aktion: Das Gewicht von fünf Fünfräpplern kann den Pappstreifen nicht vom Glas lösen!
Fünf „Füüferli“ und es hält immernoch…

Was passiert da?

Superkraft von Wasser : Adhäsion

Das zunehmende Gewicht der Münzen auf dem überhängenden Ende lässt den Pappstreifen wie auf dem Glas festgeklebt erscheinen. Wie festgeklebt? Dabei handelt es sich bei Weitem nicht nur um einen Vergleich!

Wassermoleküle werden tatsächlich von vielen anderen Stoffen angezogen und ziehen selbst wiederum diese Stoffe an. Diese Erscheinung nennen die Physiker „Adhäsion“ – und die anziehenden Kräfte „Adhäsionskräfte“. Es gibt verschiedene Theorien, wie diese Adhäsionskräfte zustande kommen. Aber die meisten davon haben gemeinsam, dass die Teilchen von Stoffen sich genau dann besonders anziehend finden, wenn bestimmte ihrer Eigenschaften sich ähneln.

Eine dieser Eigenschaften ist die Ausstattung von Teilchen mit elektrischer Ladung. Wenn ihr schon einmal den Zaubertrick mit dem krummen Wasserstrahl ausprobiert habt, wisst ihr, dass Wassermoleküle relativ starke Ladungen tragen (für die etwas fortgeschritteneren Forscher unter euch: Physiker nennen Wasser deshalb „polar“). So ziehen sie nicht nur einander stark an, sondern werden auch von anderen Stoffen mit elektrischen Ladungen angezogen.

Gemäss dieser „Polarisationstheorie“ wäre also davon auszugehen, dass auch die Innenfläche des Getränkekartons elektrische Ladungen trägt bzw. polare Bestandteile hat, die Wassermoleküle anziehen und so zum Haftenbleiben bringen.

Aber eigentlich ist es doch gar nicht wünschenswert, dass das Getränk im Tetrapack kleben bleibt! Deshalb werden die Tetrapack-Entwickler doch sicher vermieden haben, ein all zu adhäsionsfreudiges Material für ihre Beschichtung zu verwenden. Und trotzdem klappt das Experiment…

Superkraft von Luft : Luftdruck

Eine zweite Erklärung für den „klebenden“ Pappstreifen ist, dass die Pappe weniger am Wasser klebt, als dass sie durch die Luft darauf gedrückt wird. Die Erdatmosphäre, die aus unzähligen frei umherwuselnden Teilchen besteht, drückt nämlich von allen Seiten auf jedes Hindernis, das ihr in die Quere kommt.

Die wuselnden Teilchen trommeln laufend auf jede von Luft umgebene Oberfläche ein – und wir nehmen dieses Dauer-Trommelfeuer mit unseren groben Sinnen als Druck wahr. Der Luftdruck am Erdboden beträgt etwa 1 bar (oder 1000 Millibar), was eine beträchtliche Menge ist. Schliesslich drückt ja eine gut 30 Kilometer hohe Luftsäule auf die wuselnden Teilchen in eurer Nähe und drängt sie so eng zusammen, dass sie entsprechend dicht und heftig auf alle Oberflächen trommeln.

So auch auf den Pappstreifen, der auf dem Glas liegt. Dieser Luftdruck ist so stark, dass er – allenfalls gemeinsam mit einer ziehenden Adhäsionskraft – die Münzen auf dem freien Streifenende aufwiegt: Der Luftdruck (und die Adhäsion) drücken das Glasende des Pappstreifens zunächst stärker nach unten als das Gewicht der Münzen das freie Ende. Erst wenn das Gewicht der Münzen zu gross wird, wippt das freie Ende des Streifens nach unten, während das Glas-Ende nach oben schnellt.

Da diese „Wippe“ nicht am Angelpunkt auf dem Glasrand befestigt ist, fällt der Aufbau damit sofort zusammen.

Münzwippe überlastet: Der Pappstreifen ist vom Glasrand gekippt.
…aber die sechste Münze war zu viel: Der Streifen wippt in Richtung der Münzen und stürzt vom Glasrand.

Bonus-Versuch für draussen

Ihr wollt sehen, wie stark der Luftdruck sein kann? Dann füllt wie oben beschrieben das Glas bis zum Rand mit Wasser und legt den Pappstreifen darauf, sodass die Öffnung vollständig bedeckt ist. Haltet den Streifen fest und dreht das Glas mit der Öffnung nach unten. Dann lasst den Pappstreifen los (das Glas natürlich nicht!). Wenn alles gutgeht, sorgt der Luftdruck allein dafür, dass die Pappe auf der Öffnung und das Wasser im Glas bleibt!

Weil dieses Experiment aber nicht immer auf Anhieb funktioniert empfehle ich euch dringend, das draussen oder im Badezimmer zu probieren! Da richtet eine mögliche Überschwemmung nämlich keinen grossen Schaden an.

Entsorgung

Die ist bei diesem Versuch denkbar einfach:

Da ich mit Trinkwasser aus der Leitung und ausschliesslich mit Hilfsmitteln aus der Küche experimentiert habe, trinke ich das Wasser gerade aus, während ich blogge 😉 . Auch sonst könnt ihr das Wasser noch für alles benutzen, wozu man Wasser braucht. Den Tetra-Pappstreifen könnt ihr aufheben, sodass ihr die Experimente jederzeit wieder vorführen und eure Lieblingsmenschen verblüffen könnt.

Nun wünsche ich euch viel Spass beim Experimentieren! Und…kennt ihr vielleicht Gelegenheiten aus eurem Alltag, bei welchen ihr (wirkliche) Adhäsionskräfte beobachten könnt?

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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Wenn etwas nicht oder nur teilweise funktioniert haben sollte, schreibt es in die Kommentare. Ich helfe gerne bei der Fehlersuche!

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Blogparade: Mein Lieblings-Experiment

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Grosse Sommer - Blogparade : Mein Lieblingsexperiment

Ganze vier Jahre ist es nun her, seit Keinsteins Kiste das Licht der Welt erblickt hat! Und diesen Bloggeburtstag möchte ich mit euch allen feiern – mit der grossen Sommer-Blogparade!

Vier Jahre Keinsteins Kiste

Bis in die erste Hälfte 2015 waren „Blogger“ in meinen Augen Werbegesichter für Mode, Kosmetik und allerlei Lifestyle-Produkte – kurzum das, was man heute vielleicht eher mit dem Begriff „Influencer“ in Verbindung bringt. Und damit so ganz und gar nicht meine Welt.

Erst als ein Neuzugang in einer völlig themenfremden Facebook-Gruppe am Rande ihren Mama-Blog erwähnte, öffnete sich mir die Tür zur ganzen Welt der Blogger – und mir war sofort klar: Davon möchte ich auch ein Teil sein! So habe ich binnen weniger Wochen diesen Blog ins Leben gerufen.

Seitdem hat sich so vieles getan und verändert. Von Anfang an war Keinsteins Kiste als Sammlung naturwissenschaftlicher Inhalte gedacht – zunächst reichlich unspezifisch in Form von „Geschichten aus Natur und Alltag“. Naturwissenschaft besteht nun in grossen Teilen aus Beobachtung…und dazu sind aufmerksame Sinne unabdingbar. So kam ich zu der Umwidmung des Blogs zu „Natur und Wissenschaft für alle Sinne“.

Doch auf Dauer erschien mir auch dies zu ungenau. Zumal ich mit meinem in der deutschsprachigen Blogsphäre nach wie vor exotischen Genre lange nach meinem Platz in deren unendlichen Weiten gesucht habe. Schlussendlich führte diese Suche an den Anfang des Blogs zurück. Mit einem Mama-Blog fing die Geschichte der Kiste an, und mit Familienblogs und ihren Autoren kann ich mich nun wahrhaftig identifizieren. Und das, obwohl ich selbst gar keine Kinder habe.

So ist Keinsteins Kiste nun schon seit einem Jahr offiziell gefüllt mit „Natur und Wissenschaft für die ganze Familie“.

Grosse Sommer-Blogparade zum Geburtstag

Unglücklicherweise kam diese Blogparade ziemlich zum falschen Zeitpunkt. Sowohl für mich als vermutlich auch für euch.

Vor einem Jahr hatte ich in meiner Funktion als Nachhilfelehrerin derart viel zu tun und später so turbulente Sommerferien-Pläne, dass ich am Ende völlig kaputt war. So ist mir auch leider diese Blogparade völlig versandet.

Aber sie soll eine neue Chance bekommen! Das Jahr 2020 ist durch einen wohlbekannten winzigen Störenfried (C. lässt grüssen…) zum Jahr des Experimentierens und Zu-Hause-Lernens geworden. Und das fällt nun auch noch mit dem fünfjährigen Jubiläum von Keinsteins Kiste zusammen!

Das möchte ich natürlich mit euch feiern! Deshalb habe ich diese Blogparade neu aufgelegt – und da der Sommer 2020 auch für mich ein Zuhause-Sommer sein wird, lasse ich sie auch nicht wieder versanden. Versprochen.

Die Jubiläums-Blogparade „Mein Lieblings-Experiment“ 2020 findet ihr hier!

Nun wünsche ich euch viel Spass beim Forschen, Experimentieren und Verbloggen,

Eure Kathi Keinstein

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Wie ihr zu Hause sicher experimentieren könnt – mit Checkliste zum Download

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Free Printable: So experimentiert ihr auch mit gefährlichen Chemikalien sicher!

Chemikalien können gefährlich sein. Das weiss jeder, und viele Stoffe werden dahingehend sogar überschätzt. Eigentlich sollte es heissen: Chemikalien können gefährlich sein – wenn man nicht richtig mit ihnen umgeht.

Die Experimente in Keinsteins Kiste könnt ihr mit Zutaten durchführen, die ihr im Haushalt findet oder im Bau- oder Supermarkt kaufen könnt. Nur manchmal ist eine Spezialzutat nötig, die ihr in der Regel in einer Apotheke oder Drogerie bestellen könnt. Krebserzeugende oder anderweitig „besonders besorgniserregende Stoffe“ gibt es in den Versuchen in Keinsteins Kiste nicht.

Doch auch von Haushaltschemikalien und -zutaten können Gefahren für Umwelt und Gesundheit ausgehen. Deshalb gebe ich euch ein paar einfache Regeln zum Umgang damit auf den Weg. Wenn ihr euch daran haltet, sind die Experimente in Keinsteins Kiste praktisch ungefährlich!

Checkliste zum Sicheren Umgang mit Chemikalien

Druckt euch diese Liste am besten aus und habt sie griffbereit, wenn ihr euch ans Experimentieren macht. Hier geht es zum Download! So könnt ihr jederzeit nachschauen, was zu tun ist, wenn ihr unsicher seid. Denn Sicherheit geht immer vor!

1. Bevor ihr Chemikalien verwendet, lest euch die Warnhinweise auf der Verpackung durch!

Möglicherweise gefährliche Stoffe, die verkauft oder in Betrieben bzw. öffentlichen Einrichtungen verwendet werden, müssen dem „global harmonisierten System“ (GHS) folgend deutlich gekennzeichnet werden. Folgende Symbole auf Chemikalienflaschen und -Verpackungen weisen euch auf die wichtigsten Gefahren hin:

GHS-Symbol Achtung gefährlich!

Vorsicht gefährlich: Geht achtsam mit diesem Stoff um. Neben dem Symbol wird schriftlich erläutert, wovor genau ihr euch in Acht nehmen müsst. Findet man zum Beispiel auf Stoffen, die Haut und Schleimhäute reizen oder Allergien auslösen können.

leicht_entzündlich

Leicht entzündlich: Dieser Stoff brennt sehr leicht und schnell. Haltet ihn unbedingt von offenem Feuer und Funken fern! Brennsprit (Spiritus) und andere organische Lösungsmittel tragen dieses Zeichen.

brandfoerdernd

Brandfördernd: Haltet auch diesen Stoff von offenem Feuer fern. Die meisten Stoffe mit diesem Symbol können Sauerstoff freisetzen oder sind auf andere Weise reaktionsfreudig, sodass sie einen Brand unkontrolliert anheizen können!

Ätzend: Schlimmer als reizend. Dieser Stoff kann Haut und Schleimhäute ernsthaft verletzen und empfindliche Materialien beschädigen. Findet man auf Säuren, Basen und starken Oxidationsmitteln.

umweltgefaehrdend

Umweltgefährdend: Dieser Stoff ist giftig für Wasserlebewesen wie Fische, Wirbellose und Kleinstorganismen. Gebt davon der Umwelt zuliebe nichts in den Abluss oder den Hausmüll, sondern bringt Reste zu einer Schadstoff-Sammelstelle!

Gas_unter_Druck

Gas unter Druck: In diesem Behälter befindet sich ein Gas, das sich stark ausdehnen kann. Lasst ihn nicht in der Sonne stehen oder auf andere Weise heiss werden, damit er keinen Grund zum Platzen hat! Auf Nachfüllkartuschen für Kohlensäure-Spender zu finden!

Gesundheitsgefährdend: Krebserzeugend, Erbgutschädigend oder auf andere Weise gefährlich für bestimmte Organe – möglicherweise auch langfristig. Nehmt diesen Stoff niemals ein und vermeidet, ihn einzuatmen. Verwendet ihn nur, wenn unbedingt nötig und haltet den Behälter fest geschlossen! Diese Kennzeichnung findet ihr auf Fleckbenzin und hochkonzentrierten ätherischen Ölen.

Die folgenden Symbole werden euch im Alltag und in Keinsteins Kiste selten bis gar nicht begegnen:

Giftig: Das Symbol kennt jeder. Schon kleine Mengen dieses Stoffs können eine gefährliche Wirkung entfalten. Daher niemals einnehmen oder einatmen und mit grosser Vorsicht behandeln! Rattengift trägt dieses Symbol.

explosiv

Explosiv: Dieser Stoff kann explosionsartig reagieren, zum Beispiel bei Kontakt mit Feuer, Funken, nach einem Schlag, Reibung, Hitzeeinwirkung oder falscher Lagerung, und beträchtlichen Schaden anrichten. Solche Stoffe gehören ausschliesslich in die Hände von Experten. Sprengstoffe tragen dieses Symbol.

Neben den Gefahrensymbolen findet ihr auf der Verpackung genauere Einzelheiten über die Gefahren und Anweisungen, wie ihr mit dem jeweiligen Stoff umgehen und euch bei einem Unfall damit verhalten solltet. Lest diese Hinweise gut durch und befolgt sie!

2. Findet für eure Experimente einen geeigneten, sicheren Arbeitsplatz!

An einem guten Experimentierplatz ist die Umgebung – mindestens aber die Unterlage – feuerfest, leicht zu reinigen und möglichst beständig gegenüber Säuren, Basen (Laugen), Lösungs- und Oxidationsmitteln. Und dort wird nicht mit Lebens- oder Körperpflegemitteln umgegangen.

Die Küche ist also kein geeigneter Ort zum Experimentieren! (Es sei denn, ihr verwendet ausschliesslich Lebensmittel.)

Ausserdem sollte sich euer Experimentierplatz leicht lüften lassen. Bei schönem Wetter kann er deshalb durchaus draussen sein.

Eine alte Küchenarbeitsplatte gibt eine ideale Unterlage zum Experimentieren ab – ein glatter, versiegelter bzw. lackierter Holztisch oder nicht poröser Stein bzw. Fliesen oder Edelstahl tun es aber ebenso. Marmor und Kalkstein sowie Aluminium sind allerdings ungeeignet – sie werden von Säuren angegriffen!

Wenn euch das makellose Aussehen des Möbels eurer Wahl wichtig ist, testet aus, ob die Oberfläche Lösungsmitteln oder aggressiven Stoffen, die ihr verwendet, standhält. Oder benutzt einfach einen alten Tisch, dem Flecken und Macken nicht mehr schaden.

3. Bewahrt gefährliche Chemikalien für Kinder unzugänglich auf!

Jeder Putzmittelschrank und jede Hausapotheke sollten dieser Anforderung entsprechen: Abschliessbar oder so hoch gelegen, dass unbedarfte kleine Forscher nicht allein herankommen und sich mit gefährlichen Stoffen verletzen oder vergiften können!

4. Tragt beim Experimentieren passende, sichere Kleidung!

Die perfekte Forscher-Bekleidung bedeckt den Körper möglichst weitgehend, ist schwer entflammbar und möglichst widerstandsfähig gegenüber ätzenden Stoffen. Laborkittel bestehen deshalb meist aus Baumwolle, die diese Eigenschaften erfüllt. Wer sich keinen Laborkittel leisten möchte, ist mit einem langärmeligen Baumwollhemd ebenso gut bedient.

Baumwoll-Herrenoberhemden geben übrigens tolle Labor- und Malkittel für Kinder ab: Einfach die Ärmel auf die richtige Länge umschlagen oder kürzen und umnähen und mit der Knopfleiste nach hinten über die Kleidung streifen!

Tragt zudem beim Umgang mit ätzenden Stoffen möglichst lange Hosen und geschlossene Schuhe, sowie Putz- oder Einmalhandschuhe und eine Schutzbrille (als Brillenträgerin begnüge ich mich beim Umgang mit „milden“ Haushalts-Säuren wie Essig mit meiner „normalen“ Brille – eine Schutzbrille mit Seitenflügeln ist letztendlich aber sicherer.

5. Beim Experimentieren wird nicht gegessen oder getrunken!

Wer Chemikalien an den Händen hat, läuft Gefahr, beim Essen oder Trinken etwas davon mit aufzunehmen. Haltet Essen und Getränke daher räumlich vom Experimentierplatz getrennt. Wenn ihr zwischendurch etwas essen oder trinken möchtet, zieht allfällige Handschuhe aus und wascht euch vorher (und nachher) die Hände. Das gleiche gilt für den Gang aufs stille Örtchen!

Bewahrt ausserdem niemals Chemikalien in Lebensmittelverpackungen auf! Wenn ihr PET-Flaschen, Honiggläser oder ähnliches beim Experimentieren wiederverwenden möchtet, entfernt zuvor alle Lebensmitteletiketten und beschriftet die Gefässe deutlich mit dem neuen Inhalt!

6. Kein offenes Feuer beim Experimentieren!

Beim Experimentieren wird also nicht geraucht! Haltet ausserdem Kerzen und andere Feuerquellen von eurem Experimentierplatz fern – ganz besonders, wenn ihr mit brennbaren Lösungsmitteln arbeitet! Wenn ihr bei einem Experiment etwas anzünden müsst, legt die Zündquelle – Streichhölzer, Feuerzeug oder ähnliches – gleich danach in sicherer Entfernung auf die Seite. Lasst Feuer ausserdem niemals unbeaufsichtigt.

7. Haltet Chemikalienbehälter immer sicher verschlossen!

Öffnet Chemikalienbehälter immer erst, wenn ihr etwas daraus entnehmen wollt, und macht sie danach sofort wieder zu! So wird nichts verschüttet, wenn ihr versehentlich mal etwas umstosst.

Wenn ihr Chemikalienbehälter durch die Wohnung tragen oder über längere Strecken transportieren müsst, stellt sie in eine Kunststoffwanne oder einen Eimer und tragt diese/n. Sollte beim Transport etwas auslaufen oder kaputtgehen, bleibt die potentiell gefährliche Sauerei so auf die Wanne / den Eimer beschränkt.

8. Lagert und verwendet Chemikalien in Gefässen aus Glas, reaktionsträgem Kunststoff oder Edelstahl!

Ihr wollt ja nicht, dass eure Zutaten mit dem Gefäss statt miteinander reagieren. Obwohl zerbrechlich ist Glas das ideale Material für Versuchsgefässe: Es hält allen Stoffen, die in den Versuchen in Keinsteins Kiste Verwendung finden, stand, kann schadlos erhitzt werden – und man kann durchschauen. Kunststoff-Behälter aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) reagieren ebenfalls nicht mit ihrem Inhalt, halten allerdings nicht jeder Hitze stand. Ein grösseres Volumen, zum Beispiel ein Wasserbad, findet auch gut in einem ausrangierten Edelstahl-Kochtopf Platz.

9. Entsorgt Chemikalen gemäss den Hinweisen in der Versuchsbeschreibung oder auf der Verpackung!

DIE UMWELT WIRD ES EUCH DANKEN!

Wenn es nach den Experimenten in Keinsteins Kiste etwas zu entsorgen gibt, findet ihr entsprechende Hinweise am Ende des jeweiligen Artikels. Lest daher vor dem Experimentieren die Anleitung vollständig durch! Gehört ein Stoff über eine Schadstoff-Sammelstelle entsorgt oder seid ihr euch dessen unsicher, lagert die Reste sicher verschlossen, bis ihr sie dort hinbringen könnt.

Achtet darauf, besonders bei „Schadstoffen“, nicht mehr als unbedingt nötig von einem Stoff zu verwenden! Je weniger ihr einsetzt, desto weniger Reste müsst ihr nachher umständlich entsorgen!

Und wenn doch etwas passieren sollte:

Wenn ihr mit Chemikalien in Kontakt kommt

  • Wascht Chemikalienspritzer gründlich ab und zieht getränkte Kleidung sofort aus.
  • Wenn ihr etwas in die Augen bekommt: Spült die Augen gründlich, das heisst bis zu 10 Minuten, mit fliessendem Wasser aus und konsultiert bei Beschwerden oder wenn es sich um einen ätzenden Stoff handelt, einen Augenarzt.
  • Wenn ihr etwas eingeatmet habt, hindert die Dämpfe an der Ausbreitung (Gefäss schliessen!) und geht an die frische Luft.
  • Wendet euch mit Beschwerden nach dem Kontakt mit Chemikalien an euren Arzt oder den Giftnotruf:

In der Schweiz (und in Liechtenstein) erreicht ihr ToxInfo Suisse unter der Nummer 145 .

In Deutschland haben die Bundesländer unterschiedliche Giftnotruf-Nummern.

In Österreich erreicht ihr die Vergiftungsinformationszentrale unter +43 1 406 43 43 .

Wenn ein Feuer ausbricht

  • Wenn der Inhalt eines Gefässes brennt, deckt dieses schnell mit einem festen Gegenstand ab. Ein Buch oder ein glattes Holzbrett ersticken die Flammen im Gefäss, bevor sie Feuer fangen können! In einem feuerfesten Gefäss könnt ihr den Inhalt auch einfach ausbrennen lassen.
  • Löscht brennende Flüssigkeiten nicht mit Wasser! Wenn ihr einen CO2-Feuerlöscher habt, ist der die bessere Wahl.
  • Bringt Lösungsmittel und andere brennbare Stoffe auf Abstand!
  • Sollte eine Person oder deren Kleidung brennen, stellt sie zum Löschen sofort mit Kleidung und allem unter die laufende Dusche! Verbrennungen können ebenfalls unter fliessendem kalten Wasser effektiv gekühlt werden. Haltet Verbrennungen sofort – leichtere einige Minuten, schwerere bis zur ärztlichen Versorgung – unter den Wasserhahn oder die kalte Dusche!
  • Wenn ein Brand ausser Kontrolle zu geraten droht, alarmiert die Feuerwehr, schliesst, wenn möglich, Fenster und Türen (nicht verriegeln!) und verlasst das Haus!

Aber keine Sorge: Wenn ihr euch an die Vorsichtsmassnahmen aus dem ersten Teil des Artikels haltet, ist es höchst unwahrscheinlich, dass es so weit kommt.

Somit wünsche ich euch viel Spass beim entspannten und sicheren Experimentieren!

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Experiment und Haushaltstipp: Kupfer und Messing mit Hausmitteln reinigen

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Experiment und Haushaltstipp: Kupfer mit Hausmitteln reinigen

Ein verregneter Frühling ist – wohl oder übel – Zeit für Schlechtwetterprogramm. Aber was tun? Experimentieren oder Haushalt? Warum nicht beides miteinander? Ich habe einen genialen Hack für euer Kupfer-Geschirr – mit Experiment für eure Kinder dazu!

Habt ihr einen Kupfertopf? Armaturen oder andere Gegenstände aus Messing? Und die sind mal wieder ziemlich angelaufen und sollten dringend geputzt werden? Dann legt los – und zwar ganz ohne kommerzielle Reinigungspaste. Denn was ihr braucht, findet ihr mit Sicherheit in der Küche.

Kupfer und Messing reinigen: Ihr braucht dazu

  • Angelaufenen Kupfertopf o.Ä.
  • Papiertücher (könnt ihr einfach entsorgen, da ihr sie nicht auswaschen müsst!)
  • Ggfs. Putzhandschuhe
  • Haushaltsessig
  • Kochsalz (Speisesalz, NaCl)

Und für ein simples, aber atemberaubendes Experiment für die Nachwuchs-Forscher das Ganze im Kleinformat…

Experiment: Kupfermünzen reinigen: Ihr braucht dazu

  • Kupfermünzen (nachweislich funktionieren Euro-Cents, britische Pennys und US-Cents, Münzen mit messinggoldener Oberfläche wie das Schweizer Füüferli oder tschechische 20 Kronen bringen kein gutes Ergebnis)
  • Haushaltsessig
  • Kochsalz
  • leeres Glas (z.B. Gewürzglas, praktisch mit gewölbtem Boden)
  • ggfs. Schutzbrille und Kittel für die Nachwuchs-Forscher

Haushaltsessig und andere Säuren wirken ätzend! Essigsäure ist jedoch eine schwache Säure, die unserer Haut dank deren Säureschutz nicht gleich Schaden zufügt. Deshalb trage ich beim Umgang mit solch kleinen Mengen keine Handschuhe.

Wenn ihr Essig auf die Haut bekommt, spült ihn einfach gründlich mit Wasser ab. Sollte euch ein Spritzer in die Augen geraten (die Schutzbrille sollte das verhindern!), spült die Augen sehr gründlich mit fliessendem Wasser aus (10 Minuten lang heisst es im Labor!) und geht bei bleibenden Beschwerden zur Sicherheit zum Augenarzt.

Wenn Spritzer auf die Kleidung kommen, zieht sie aus und wascht sie ebenfalls sofort sehr gründlich aus. Wenn die Säure die Textilien angreift, können sonst später beim Waschen in der Maschine noch Löcher entstehen!

So geht’s

Experiment

Gebt ca. 1 cm hoch Haushaltsessig ins Glas, dann eine angelaufene Kupfermünze hinein. Schliesslich gebt ihr reichlich – etwa einen Teelöffel – Kochsalz hinzu.

Münze im Essig-Kochsalz-Bad: Ein paar Sekunden reichen – ihr könnt zuschauen, wie sie blank wird! Das Kochsalz muss sich übrigens nicht vollständig im Essig lösen. Direkt auf die Münze gegeben wirkt es am besten.

Kupfertopf reinigen

Gebt einen Schuss Essig auf euren Lappen und streut Kochsalz auf den nassen Fleck. Nicht damit sparen! Dann poliert euren Kupfertopf oder Messinggegenstand mit dem Gemisch. Sobald der Topf blank ist, könnt ihr ihn mit einer kleinen Menge Speiseöl einreiben, damit er nicht sogleich wieder anläuft.

Was ihr beobachten könnt

Beim Experimentieren

Die dunkel angelaufene Kupfermünze wird innerhalb von Sekunden hell! Fischt die Münze aus dem Glas, sobald sie hell genug ist (eine Gabel ist dabei sehr hilfreich) und spült sie kurz mit Wasser ab.

Kupfermünze mit Essig und Kochsalz gereinigt: Die linke Münze ist nach wenigen Sekunden im Essig-Salz-Bad blank, die rechte, angelaufene dient als Vergleich
Rechts: Angelaufene 2-Eurocent-Münze; Links: eine vergleichbar angelaufene 2-Eurocent-Münze nach wenigen Sekunden im Essig-Kochsalz-Bad

Beim Reinigen des Kupfertopfes oder Messinggegenstandes

Das Kupfer oder Messing wird sofort blank, wie beim Putzen mit einer kommerziellen Reinigungspaste!

Entsorgung

Kupferionen sind giftig für Wasserorganismen und andere Kleinstlebewesen. Deshalb gehören sie grundsätzlich als Sondermüll entsorgt. Die winzigen Mengen, welche beim Experimentieren mit Münzen entstehen, könnt ihr aber mit dem Essig-und-Salz-Gemisch in den Abfluss entsorgen.

Die Papiertücher, mit welchen ihr Kupfertöpfe und Messing putzt, könnt ihr in den Hausmüll geben oder – wenn ihr die Kupfergeschirr-Komplettausstattung eurer Profi-Küche poliert und so grössere Mengen erzeugt habt 😉 – trocknen lassen und zur Sonderabfall-Sammelstelle bringen.

Was passiert da?

Die dunkle Farbe angelaufenen Kupfers ist ein Belag aus Kupferoxiden, hauptsächlich aus schwarzem Kupfer(II)oxid (CuO). Dieses Salz besteht aus Cu2+– und O2- -Ionen. Cu2+-Ionen können sich in Wasser lösen, wobei sie von Wassermolekülen umgeben werden.

Dabei nehmen sechs Wassermoleküle der innersten Wasserschicht um ein Cu2+-Ion ganz bestimmte, geometrische Positionen ein: Die Ecken eines lang gezogenen Oktaeders.

Hexaaquakupfer(II) - Komplex: Die beiden H2O auf der Längsachse sind etwas weiter vom Kupfer entfernt als die vier übrigen
Der Hexaaquakupfer(II)-Komplex: Die Pfeile deuten die Bindungen durch „geliehene“ Elektronenpaare an. Die Wassermoleküle markieren die Ecken eines Oktaeders (eine viereckige Doppelpyramide), wobei die beiden Moleküle oben und unten etwas weiter weg vom Kupfer sind als die übrigen vier. Die Folge: Der Oktaeder erscheint etwas in die Länge gezogen.

Wie sie dazu kommen? Ein Cu2+-Ion hat relativ wenig Elektronen (immerhin zwei weniger, als zum Ausgleich seiner Kernladung nötig wären). Wassermoleküle hingegen haben – zumindest am Sauerstoff-Ende – ziemlich viele davon, und zwar ganze zwei äussere Elektronenpaare, die für keine chemische Bindung innerhalb des Moleküls gebraucht werden. So können Wassermoleküle eines dieser nichtbindenden Elektronenpaare einem Cu2+-Ion „ausleihen“.

Damit entsteht eine chemische Bindung zwischen Wasser und Kupfer-Ion, die von den Chemikern „koordinative Bindung“ oder „Komplexbindung“ genannt wird. „Komplex“ ist daran allerdings nur, dass ein Bindungspartner dem anderen ein Elekronenpaar ausleiht, anstatt dass wie bei der kovalenten oder Atombindung jeder Partner ein Elektron dazu beisteuert.

Komplexbildungsreaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen

Cu2+-Ionen sind nun damit zufrieden, von sechs geliehenen Elektronenpaaren jeweils ein Bisschen zu haben. Allerdings lange nicht so zufrieden wie damit, einen Platz in einem CuO-Kristallgitter zu haben.

Stets kehren Cu2+-Ionen aus der Lösung in das Kristallgitter zurück: Die [Cu(H2O)6]2+ – Komplexe befinden sich stets mit dem Kupfer-Ionen im Kristallgitter in einem chemischem Gleichgewicht (Le Chatelier erklärt euch das Gleichgewicht hier auf dem Flughafen genauer).

Dieses Gleichgewicht liegt in Wasser allerdings ganz weit auf der Seite des Salzkristalls, es sind nur ganz wenige [Cu(H2O)6]2+ -Komplexe in Lösung.

Kochsalz übt einen Zwang aus

Gibt man nun reichlich Kochsalz (NaCl) in das Wasser, löst sich dessen Gitter auf: Na+– und Cl–-Ionen gehen einzeln ins Wasser über . Die Cl–-Ionen können ebenfalls Komplexe mit Kupfer bilden: Sie können Wassermoleküle im [Cu(H2O)6]2+ ersetzen, sodass Komplexe wie [Cu(H2O)5Cl]+ entstehen:

Die Art Reaktion nennen die Chemiker „Ligandenaustauschreaktion“: Die Teilchen, welche dem Kupfer-Ion (dem „Kern“) im Zentrum des Komplexes die Elektronenpaare leihen, heissen nämlich „Liganden“ (von lateinisch ligare = binden).

Durch solche Reaktionen können bis zu vier Wassermoleküle ausgetauscht werden. Die zwei verbleibenden Wassermoleküle bilden nun die Spitzen des langgezogenen Oktaeders.

Tetrachlorocuprat(II) in wässriger Lösung: Der quadratisch-planare Kupfer-Komplex wird von zwei Wassermolekülen zum langgezogenen Oktaeder ergänzt.
Tetrachlorocuprat(II): So heisst der Komplex, welcher entsteht, wenn die maximal mögliche Anzahl Wassermoleküle gegen Chlorid-Ionen ausgetauscht wird.

All diese Komplexe stehen miteinander im Gleichgewicht. Das schiere Überangebot an Cl–-Ionen allein sorgt dafür, dass diese Gleichgewichte jeweils auf die Seite mit mehr Chlorid im Komplex gedrängt werden. So einem Zwang wie dem Cl–-Überschuss will das ganze System nämlich ausweichen.

Der Knackpunkt dabei: Durch die Entstehung der Komplexe mit Chlorid wird dem Gleichgewicht zwischen CuO und gelösten Kupferionen das  [Cu(H2O)6]2+ entzogen! Laut dem Prinzip von Le Chatelier strebt das Gleichgewicht danach, auh diesen Verlust auszugleichen: Der Verlust der Kupferionen mit reiner Wasserhülle zieht das Gleichgewicht förmlich auf die Seite des gelösten [Cu(H2O)6]2+. So geht in der Anwesenheit von reichlich Cl– mehr Cu2+ aus dem CuO in Lösung.

Und was tut der Essig dabei?

Mit Kochsalz und blossem Wasser funktionieren diese Ligandenaustauschreaktionen kaum: Das Kupferoxid bleibt an der Oberfläche haften – der Kupfertopf bleibt dunkel.

So lautete meine erste Vermutung Die Säure (Haushaltsessig ist nichts anderes als Essigsäure gelöst in Wasser) fördert irgendwie die Entstehung der chloridhaltigen Komplexe. Befriedigend war diese Erklärung aber lange nicht.

Deshalb habe ich meine Chemiker-Gedanken weiter gesponnen und bin zu folgender Erklärung gelangt:

Wenn Cu2+-Ionen aus dem CuO in Lösung gehen, müssen die O2--Ionen aus dem Gitter auch irgendwo hin. Allerdings können die nicht einfach von Wassermolekülen umgeben existieren. Stattdessen reagieren sie mit dem Wasser zu OH–-Ionen:

Auch zwischen diesen Reaktionspartnern besteht ein Gleichgewicht, das nicht all zu weit auf der Seite der OH–-Ionen liegen mag. Ist im Wasser allerdings eine Säure (ein Stoff, der mit Wasser H3O+-Ionen erzeugen kann) vorhanden, reagieren die OH–-Ionen allerdings gleich wieder zu Wasser:

Diese Gleichgewichtsreaktion nennen die Chemiker „Neutralisation“! Es liegt nämlich recht weit auf der Wasser-Seite, sodass eine Säure wie H3O+ und eine Base wie OH– ganz von selbst miteinander reagieren. Durch den „Verbrauch“ von OH–-Ionen durch die Neutralisation wird wiederum das Gleichgewicht zwischen O2- im CuO-Gitter und den OH–-Ionen in Lösung auf die OH–-Seite gezogen.

Zum besseren Überblick habe ich die wichtigsten Gleichgewichte und ihre Abhängigkeiten voneinander noch einmal zusammengefasst:

Überblick über die Gleichgewichtsreaktionen: So löst sich Kupfer in Essig mit Kochsalz
Die roten Pfeile deuten die Verlagerung der Gleichgewichte an: Die Reaktionen ganz rechts „ziehen“ die Gleichgewichte weiter links auf die Seite der Lösung: Das Kupferoxid an der Kupferoberfläche wird aufgelöst!

Wenn meine Erklärung zutrifft, müsste das Ganze auch mit Kochsalz in anderen Säuren funktionieren. Ich habe es ausprobiert: Kochsalz in Zitronensäure zeigt beim Polieren die gleiche Wirkung.

Aber Kupfer(II)-Komplexe sind doch farbig?

Die Chemie-Erfahreneren unter euch wissen vielleicht, dass die Komplexe mit Cu2+-Ionen eigentlich sehr farbig sind: [Cu(H2O)6]2+ ist zum Beispiel cyanblau, während die chloridhaltigen Komplexe zunehmend grün sind. Warum sieht man dann beim Reinigen der Münzen die Farben nicht?

Ich gehe davon aus, dass diese Komplexe insgesamt in so kleiner Menge entstehen, dass uns die äusserst blasse blau-grüne Färbung schlichtweg nicht auffällt.


Wie verträglich ist die Reinigung mit Essig und Kochsalz für die Kupfer-oberfläche?

Durch die Ligandenaustauschreaktionen wird das Kupfer-Metall nicht wieder hergestellt. Stattdessen wird bereits oxidiertes Kupfer in Wasser gelöst, sodass es abgewaschen werden kann. Wie bei allen anderen mir bekannten Mitteln zur Entfernung von Korrosionsspuren würde auch dieses bei wiederholtem Putzen irgendwann das Metall „aufbrauchen“.

Im praktischen Gebrauch bei der Reinigung von Kupfertöpfen und ähnlichen Gegenständen fällt diese Verlust jedoch nicht ins Gewicht. Zudem gehe ich davon aus, dass kommerzielle Reinigungspasten nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Ihr könnt also getrost eure Kupfertöpfe mit Essig und Kochsalz polieren.

Und Messingoberflächen?

Messing ist eine Legierung – also ein Gemisch – aus den Metallen Kupfer und Zink. Auch in Messing sind also Kupferatome enthalten, die, wenn sie zu CuO oxidiert werden, dem Metall ein dunkles, stumpfes Aussehen geben. Damit sollte sich dieses Problem mit Hilfe der selben Reaktionen beheben lassen.

Tatsächlich habe ich auch den Messinggriff meines Kupfertopfes problemlos mit Essig und Kochsalz polieren können. Lasst dabei jedoch die Mischung nicht unnötig lange einwirken, sondern spült sie gleich nach dem Putzen ab!

Beim Experimentieren mit Messingmünzen habe ich nämlich festgestellt, dass die Mischung Zink oder/und andere Bestandteile der Legierung aus der Oberfläche herauslösen kann. Die Folge: Die ehemals messinggoldene Oberfläche wird zwar blank, aber rot wie Kupfer!

Zink ist nämlich ein ziemlich unedles Metall, sodass es von der Säure angegriffen werden könnte. Die Säurekorrosion habe ich hier zur Rostparade oder zum Anhören in der neuen Folge des Proton-Podcasts (erscheint in Kürze) erklärt.

Bild: Tschechische 20-Kronen-Münze rot verfärbt

Was euch die Verwendung dieses Hausmittels bringt

Wie bereits erwähnt vermute ich, dass im Handel erhältliche Reinigungspaste für Kupfer und Messing auf die gleiche Weise funktioniert wie das Gemisch aus Säure und Kochsalz – nämlich mit Chemie. Welchen Vorteil habt ihr dann aber von diesem Hausmittel?

Wie ihr seht: Ohne Chemie geht nichts im Haushalt. Anders als bei einer Reinigungspaste aus dem Handel wisst ihr beim Einsatz eines solchen Hausmittels oder Chemie-Hacks ganz genau, welche Chemie bzw. Chemikalien darin enthalten sind. Nämlich garantiert nichts, was euch gefährlich werden könnte (so lange ihr das Kochsalz nicht löffelweise esst oder euch die Säure in die Augen spritzt – aber das versteht sich ja von selbst). Das ist doch ein beruhigender Gedanke, oder?

Und wie reinigt ihr Kupfer und Messing in eurem Haushalt?

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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[Werbung] Ausstellung über und für kleine Forscher: „Die Welt entdecken“

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Ausstellung: Die Entdeckung der Welt - Wie aus Kindern Forscher werden

Das ist ein Ball…

Das ist ein Ball : Blaue Holzkugel

und das eine Reise in die Vergangenheit – in meine Vergangenheit:

Bunte Kunststoff-Windräder, wie sie vor 30 bis 40 Jahren jedes Strandgeschäft im Angebot hatte

Denn diese bunten Windräder und das einzigartige Geräusch ihres Flatterns im Seewind gehören zu meinen frühesten Kindheitserinnerungen. An die frühen Seeferien an der Ostsee, wo die bunten Räder zu Dutzenden vor jedem Strandgeschäft zum Verkauf angeboten wurden.

Damals war ich schon mittendrin im Welt entdecken – damit fangen kleine Kinder nämlich gleich nach der Geburt schon an. Oder sogar schon davor. Und sie tun es mit allen Sinnen, die von Geburt an einsatzbereit, wenn auch noch nicht vollständig entwickelt sind. Aber die Entwicklung kommt dann mit dem Forschen und Lernen.

Wie das vor sich geht, könnt ihr noch bis zum 16. Juni in der St. Leonhardskirche in St. Gallen entdecken. Dort findet nämlich die Wanderausstellung „Die Entdeckung der Welt“ des Vereins Stimme Q statt. Und danach ist sie in Winterthur – und schliesslich in Bern.

Ich habe von der Stiftung Q für den Besuch der Ausstellung zwei Freikarten für Erwachsene erhalten. Eine davon darf ich am Ende dieses Beitrags für euch verlosen. Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation.

Mit dem Ball zurück in Kindertage

Die bunte Holzkugel, die so sehr an das beliebteste Kinderspielzeug erinnert, begleitet mich durch die ganze Ausstellung. Zum Auftakt setzt sie Dioramen in Betrieb, mit welchen verschiedene (heute erwachsene) Menschen mich in ihre Kindheit mitnehmen. Da leuchtet, glitzert, dreht und bewegt es sich symbolisch, während die Protagonisten via Lauschmuschel von ihren Kindheitserlebnissen und -eindrücken erzählen.

Wie bei einem Spint mit Pfandmünze kommt der Ball am Ende immer wieder zurück in meine Hand. Fast immer jedenfalls, denn genau bei den Windrädern bleibt die Kugel plötzlich verschwunden. Und nun?

Wenn es irgendwo klemmt, ist der Kassier am Eingang überaus hilfsbereit. Mit ein paar Handgriffen zaubert er das verlorene „Spielzeug“ im Handumdrehen wieder hervor.

Auch weiterhin spricht die ganze Ausstellung (fast) all unsere Sinne an: Augen, Ohren, aber auch der Tastsinn ist gefordert.

Wie aus Neugeborenen Forscher werden: Ein Parcours durch die frühkindliche Entwicklung

An grossräumig verteilten Stationen kann ich die Schritte der Entwicklung von Kindern von der Geburt bis zum vollendeten 4. Lebensjahr mitverfolgen. Gemeinsam entwickeln sich die Sinne, Bewegungs- und Sprachfertigkeiten und aus all dem soziale Kompetenzen – die Fähigkeiten zum Miteinander.

Neben reichlich Lesestoff zur Entwicklung Schritt für Schritt kommen Fachexperten zu einzelnen Tehmen via Lauschmuschel zu Wort. Dazwischen finde ich zur Auflockerung Beispiele, was und wie Kinder wann lernen können. Auf Bildschirmen laufen nämlich Kurzfilme der Bildungsdirektion Zürich (die ihr auch hier finden könnt), die Szenen direkt aus dem Alltag von Kindern und Eltern bzw. Tageseltern zeigen.

Rundblick über die Ausstellung "Die Welt entdecken" in der neugotischen St. Leonhardskirche
Die farbenfrohen Fenster der St. Leonhardskirche harmonieren selbst an einem trüben Tag wunderbar mit den Elementen der Ausstellung.

Forscher Kristóf und die Holzfrucht

Fasziniert beobachte ich gut 3 Minuten lang, wie ein 9 Monate altes Baby im Video zum Forscher wird – auf der Spieldecke und in Mamas Nähe sich selbst überlassen. Sein Forschungsobjekt: ein rotes, gerundetes Stück Holz!

„Kleinkinder können sich dann in etwas vertiefen, wenn sie sich sicher und geborgen fühlen, weder Hunger noch Durst haben, bequem gekleidet und ausgeschlafen sind.“

Fazit des Kurzfilms „Die Holzfrucht“

Dieser Schlussatz aus dem Film zieht sich wie ein roter Faden durch die weitere Entwicklungsgeschichte: Geborgenheit und gleichzeitige Gelegenheit zur Eigenständigkeit sind Grundvoraussetzungen für nachhaltiges Forschen und Lernen.

Naturkunde für die ganz Kleinen

Auch der erste Naturkundeunterricht, im Video um 2- bis 3-Jährige, beläuft sich aufs Schauen und Tasten (und je nach Gegenstand auf Riechen und allenfalls Schmecken): Wie fühlt sich das Schneckenhaus an? Was macht die Schnecke, wenn man sie antippt? Das Gespräch zwischen Kind und Erwachsenen über das Erleben fördert auch die Sprachentwicklung ungemein.

Dabei sein ist alles

Kinder lieben es, die Grossen nachzuahmen. Dabei finden sie wunderbare Lerngelegenheiten Werden sie in Alltagsarbeiten eingebunden, haben sie ausserdem noch das Gefühl, helfen zu können. Das gilt auch für gemeinsames Experimentieren: Wer mitmachen kann, hat daran gleich doppelt Spass!

Besondere Themenfelder: Generation Iphone

Wenn es um die Entwicklung und Förderung von (Klein-)Kindern geht, gibt es in bestimmten Feldern immer wieder heisse Diskussionen. Zwei solchen sind in der Ausstellung eigene Bereiche gewidmet: Den immer häufigeren „modernen“ Familienformen von Patchwork bis zu homosexuellen Eltern und der Frage nach dem Einsatz digitaler Medien in der frühkindlichen Bildung und Erziehung. Und letztere macht mich als Bloggerin für Familien und eine der ältesten Digital Natives besonders neugierig.

Welchen Sinn macht es, die Jüngsten mit dem Smartphone spielen zu lassen oder bereits Kindergärten (dieser Begriff meint in der Schweiz die Vorschule!) oder gar Kitas mit Tablets auszustatten? Angebote für diese Altersklasse gibt es in den Appstores ja zuhauf.

Die Experten in der Ausstellung sagen: Keinen! Es gebe keinen Grund, 0 bis 4 Jährige mit Tablets&Co zu versorgen – im Gegenteil: In dieser Zeit lernen Kinder, die reale Welt zu be(greifen). Da bestehe das Risiko, dass in der virtuellen Welt fehlerhafte oder gar unbrauchbare Abläufe und Konzepte erlernt werden.

Meine Sicht auf Tablets & Co für die Kleinsten

Diese Aussage bestätigt mein Bauchgefühl. Ich selbst bin ja noch nicht in, sondern gemeinsam mit der digitalen Welt aufgewachsen. So kam der erste Computer zu uns ins Haus, als ich schon zur Schule ging, und unsere Eltern limitierten die Zeit, die wir Kinder daran verbrachten, streng. Verpasst habe ich dadurch aber nichts.

Im Gegenteil: Ich bin nun nicht nur eine der ersten Digital Natives, sondern auch Teil der letzten Generation, die noch komplett analog – auf die eigenen Sinne und Motorik angewiesen – ihre Welt entdeckt hat (vielleicht rührt daher ja meine ungebrochene Leidenschaft für das Selber-Experimentieren).

Vorerst zumindest: Meine Schwester erzieht ihre Töchter weitestgehend smartphone- und tabletfrei, und das seit mehr als zweieinhalb Jahren ziemlich konsequent. Meinem Bauchgefühl und vor allem nach dem Besuch der Ausstellung unterstütze ich diese Haltung gerne.

Für die Grossen: Frühkindliche Betreuung in der Schweiz

Die Reise durch die frühkindliche Entwicklung nimmt jedoch nur einen Teilbereich der Ausstellung ein. Darüber hinaus liefert die nämlich noch reichlich weiteres Futter für die Diskussion um frühkindliche Betreuung, Bildung und Erziehung, die die Stimme Q schliesslich in die breite Öffentlichkeit tragen will.

So findet sich in der Mitte des Kirchenschiffs ein fantasievolles Steuerpult für die Präsentation einer umfassenden Statistiksammlung. Wieder kommt der Holzball zum Einsatz und ruft selbstständig über das Pult hopsend ein Diagramm nach dem anderen auf der grossen Leinwand auf. Die Diagramme zeigen unter anderem: Es gibt in der Schweiz grosse Lücken betreffend familien- bzw. familiengründungsfördernder Gesetzgebung und Kleinkinderbetreuung.

Ich schwärme ja gerne davon, wie einfach es im Vergleich zu Deutschland hierzulande ist, eine selbstständige Arbeit aufzunehmen. Dagegen wäre eine Familie zu gründen und zu betreuen wohl eine weitaus härtere Nuss als daheim im „grossen Kanton“. Insbesondere in Sachen Elternzeit und Betreuungsangebot scheinen die Eidgenossen noch reichlich Verbesserungsbedarf zu haben.

Das Steuerpult für die Statistiksammlung: Der blaue Ball unterhalb der grünen Tafel zeigt: Obwohl oder gerade weil in der Schweiz sehr viele Frauen berufstätig sind, gibt es Verbesserungsbedarf in Sachen Elternzeit und Kleinkinderbetreuung.

Für die Kleinen: Spielspass im Ausstellungsraum

Während die Grossen sich mit Lesestoff, Filmen und Statistik vergnügen, kommen auch die kleinen Ausstellungsbesucher nicht zu kurz. Kriechtunnel und weiche Matten zwischen den Stationen laden zum Spielen und Toben ein – und hier beschwert sich niemand, wenn es dabei mal ein wenig laut wird.

Und wer lieber nah bei Mami und Papi bleibt, kann gleich noch das ein oder andere Exponat nach eigenen Vorstellungen gestalten. Einige der Schautafeln sind nämlich Magnetwände mit beweglichen Elementen, die nach Lust und Laune irgendwo angeheftet werden können.

Das Highlight ist aber die Spielstation im Herzen der Ausstellung. Die grosse Kugelibahn für den Holzball hat (nicht nur) meinen Spieltrieb gleich geweckt. Eine Rutsche, eine Höhle „nur für Kinder“ (es sei denn, die Grossen schaffen es irgendwie durch den Kriechtunnel oder den niedrigen Seiteneingang hinein) und der grosse Konfetti-Touchscreen laden zu ganz eigenen Abenteuern ein.

Der mannshohe Konfetti-Screen, auf welchen ein Beamer bunte Formen projeziert, ist besonders bei den Primarschülern beliebt. Man kann mit den virtuellen Konfetti nämlich interagieren. Jede Konfettifarbe hat eine andere Eigenschaft, die bei Berührung mit den Händen zu Tage tritt: „Die Pinken sind die besten!“, heisst es bei den begeisterten Kids (die Pinken blähen sich nämlich riesig auf, ehe sie wie Seifenblasen platzen), die Blauen sind aber ebenso beliebt (sie fahren bei Berührung Zacken aus und können per Wisch quer über den Screen geschossen werden. Auf ihrem Weg bringen sie dann andere Konfetti zum Platzen).

Durch ein Bullauge in Elternhöhe kann ich den Screen und die Kinder, die direkt hinter der Wand in der Höhle stehen, im Spiegel beobachten. Dabei zeigt sich: So faszinierend die Möglichkeiten der digitalen Technik auch sind, die „klassischen“ Spielgeräte wie Rutsche und Kugelibahn verlieren darüber nicht ihren Reiz: Alle Teile der Spielinsel werden von den jungen Gästen gleich eifrig bevölkert.

Ein kleines Mädchen ist fasziniert vom riesigen Konfetti-Bildschirm. Wenn er will, kann der Papi seine Tochter durch den Kriechtunnel jederzeit erreichen.
29.03.2017; „Die Entdeckung der Welt“ mit dem Konfettiscreen in Bellinzona (Michela Locatelli/photolocatelli.ch)

Ihr wollt die Ausstellung besuchen? Das solltet ihr wissen

Habt ihr nun auch Lust zum Mitspielen und -lernen? Dann könnt ihr die Ausstellung „Entdeckung der Welt“ noch bis zum 16. Juni 2019 jeden Dienstag bis Sonntag (ausser Karfreitag) von 10 bis 18 Uhr in der St.Leonhardskirche in St.Gallen besuchen. Die Kirche ist nur wenige Hundert Meter vom Hauptbahnhof entfernt und von dort aus nicht zu übersehen.

Der Eintritt kostet für Erwachsene CHF 8, für Schüler und Auszubildende über 16, Studenten, AHV- und IV-Bezüger CHF 6. Für Kinder unter 16 ist der Eintritt inklusive Spielspass frei.

So lange es draussen noch frisch ist: Zieht euch in jedem Fall warm an! Wie jede ältere Kirche lässt sich auch diese nur schwerlich beheizen – und ich habe nach all der spannenden Lektüre im Stehen in der dünnen Sommerjacke ziemlich gefroren!

Alle Infos und Daten zu den zahlreichen Zusatzveranstaltungen rund um das Projekt findet ihr zudem auf der Website zur Ausstellung.

Gewinnspiel: Eine Freikarte (Erwachsene) für euch!

Wie nehmt ihr teil?

Kommentiert bis zum 18.04.2019 unter diesem Beitrag, mit wem oder warum ihr die Ausstellung in St. Gallen besuchen möchtet und noch eine Karte braucht. Gebt dazu eine gültige Email-Adresse an – der Gewinner erhält die Karte von mir als pdf-Datei zum Ausdrucken oder digitalen Transport mit der Eventfrog-App!

Anschliessend werde ich den Gewinner unter den gültigen Kommentaren auslosen.

Teilnahmebedingungen

  • Das Gewinnspiel wird von Keinsteins Kiste in Zusammenarbeit mit dem Verein Stimme Q veranstaltet. Vielen Dank für die Bereitstellung des Preises!
  • Das Gewinnspiel startet am 13. April 2019 und endet am 18. April 2019 um 24.00 Uhr.
  • Die Teilnahme am Gewinnspiel ist kostenlos.
  • Ihr müsst mindestens 18 Jahre alt sein (Liebe Kinder: Tut euch mit euren Eltern, Grosseltern oder anderen Erwachsenen zusammen!).
  • Gewinnpreis ist eine Freikarte für die Ausstellung „Die Entdeckung der Welt“ in der St.Leonhardskirche in St.Gallen, gültig an einem beliebigen Datum bis zum 16. Juni 2019.
  • Es gibt 1 Los für einen Kommentar mit gewünschtem Inhalt (s.o.).
  • Eine Auszahlung des Gewinns in bar ist nicht möglich. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.
  • Der Gewinner wird ausgelost und per eMail benachrichtigt.
  • Sofern die Ausschüttung eines Gewinns an einen in der Ziehung ermittelten Gewinner nicht möglich ist, weil eine Gewinnbenachrichtigung und/oder Gewinnzustellung scheitern und nicht binnen einer Woche nach der Ziehung nachgeholt werden können, verfällt der Gewinnanspruch.
  • Der Veranstalter behält sich das Recht vor, das Gewinnspiel aus sachlichen Gründen jederzeit ohne Vorankündigung zu modifizieren, abzubrechen oder zu beenden.

Weitere Stationen der Wanderausstellung

St. Gallen ist euch zu weit weg oder es passt euch zeitlich nicht mehr? Auch dann könnt ihr die Ausstellung noch besuchen. Sie ist nämlich bis Ende des Jahres in der Schweiz unterwegs:

Vom 21.08. bis 20.10.2019 findet ihr sie im Eulachpark, Halle 710 in Winterthur und vom 15.11. bis 22.12.2019 im Kornhausforum in Bern.

Bis dahin habe ich aber noch eine Anregung zum Weltentdecken für eure Jüngsten zu Hause.

Und wie könnte ein altersgerechtes MINT-Experiment für Kleinkinder aussehen?

In der Ausstellung lernen wir: Voraussetzungen für nachhaltiges Erleben und Lernen – und das lässt sich auch auf Naturwissenschaften ummünzen – sind: Eine sichere, anregende Umgebung zum Selbsterkunden, und Gelegenheit zum Mitmachen bei gemeinsamen Experimenten. Ein spannender Versuchsgegenstand für Kleinkinder kann dabei aus Erwachsenensicht durchaus sehr simpel sein.

Naturwissenschaftliches zum Selbererkunden: Magnete!

Für Kinder megaspannende und ebenso sichere Gegenstände zum Selbsterkunden sind Dauermagnete! Ich habe schon in frühen Jahren die Magnetkupplungen meiner Holzeisenbahn-Wagen geliebt und fleissig damit experimentiert. Magnete gibt es aber auch in vielen Formen und Farben für den Kühlschrank oder die Magnettafel.

Welche Magnete sind für Kinder geeignet?

Wichtig ist, dass Magnete für Kinder ausreichend gross oder/und mit den sie umgebenden Materialien robust verarbeitet sind, sodass sie nicht verschluckt werden können. Dann nämlich könnt ihr die Kinder ganz beruhigt allein damit umgehen lassen (die Magnetfelder von einfachen Kühlschrank- oder Spielzeugeisenbahn-Magneten sind nicht gefährlich und vor allem nicht stark genug, um kleine Finger einzuklemmen.

Anders die sogenannten „Supermagnete“ aus Legierungen mit dem Seltenerd-Metall Neodym: Wenn diese gross genug sind, um nicht verschluckt zu werden, sind ihre Magnetfelder so stark, dass sie für Kinder unlösbar an Eisen haften bleiben und (nicht nur) einen zarten Kinderfinger schmerzhaft quetschen können.

Was es über Magnete zu erforschen gibt

Mit einem oder mehreren Magneten können Kinder sich lange allein beschäftigen. Noch mehr Spass macht es jedoch, die wundersamen Magnetkräfte gemeinsam zu erkunden. Über folgende Fragen und Beobachtungen könnt ihr mit euren Kindern sprechen und dazu experimentieren:

  • Magnete ziehen Dinge an. Welche? Und welche nicht?
  • Magnete ziehen Dinge auch aus Entfernung an. Wie gross darf die sein?
  • Magnete ziehen Dinge auch durch andere hindurch an. Wie dick dürfen die sein?
  • Zwei Magnete ziehen sich nicht nur an, sie stossen sich auch ab. Sind die anziehenden und abstossenden Seiten eurer Magnete mit Farben markiert?

Dabei werden unweigerlich Fragen auftauchen. Woher rühren die „Zauberkräfte“ der Magnete? Gibt es Magnete mit nur einer „Seite“ (einem Pol)? Kann man solche erzeugen, indem man einen Magneten durchschneidet? Wenn ihr die richtigen Antworten auf solche Fragen parat haben wollt, findet ihr sie in meinem Artikel zu den Magnetkräften in Keinsteins Kiste.

Mehr Experimente für die ganz jungen Forscher

Da findet ihr auch viele weitere Experimente für kleine(re) Kinder. Hier sind einige Beispiele:

Und viele andere mehr.

Zu all diesen Experimenten findet ihr Erklärungen, die für die Kleinsten vielleicht zu weit gehen, aber euch Grossen dabei helfen sollen, den kleinen Forschern ihre Fragen zu ihren Beobachtungen zu beantworten.

Und wie habt ihr die Welt entdeckt? Wie entdeckt ihr sie mit euren Kindern?

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Experiment: Elefantenzahnpasta

Es ist Frühling – eine wunderbare Zeit für Experimente, für die man etwas Platz braucht. Deshalb habe ich heute für euch ein lustiges wie lehrreiches Spektakel für Balkon und Terrasse (oder auch für drinnen): Die Elefantenzahnpasta!

Das bekannte Experiment zeigt eine weitere wichtige Fähigkeit (die Gärung könnt ihr ja hier erforschen), die nicht nur Hefezellen, sondern auch unsere Zellen haben: Die Fähigkeit, sich vor Oxidationsmitteln zu schützen. Und da dabei eine Menge Gas entsteht, kann man diese Fähigkeit für dieses spassige Experiment nutzen.

Ihr braucht dazu

  • Hefe: am einfachsten geht das Experiment mit Trockenhefe
  • ein Gefäss mit schmaler Öffnung: z.B. eine 0,5l PET-Flasche oder ein Reagenzglas
  • etwas warmes Wasser (lauwarm, wie Hefe es gern hat)
  • etwas Geschirrspülmittel
  • ein Oxidationsmittel: Wasserstoffperoxid, als Lösung (3 – 6%) aus der Apotheke/Drogerie
  • Optional: Lebensmittelfarbe
  • Einen Trichter, der auf das schmale Gefäss passt
  • Schutzbrille, ggfs. Labormantel/Malschürze
  • Ein Backblech oder Tablett als Unterlage
Wasserstoffperoxid, Trockenhefe, Spülmittel, Lebensmittelfarbe, Reagenzglas, Schutzbrille, Trichter - das braucht ihr für die Elefantenzahnpasta!

So geht’s

  • Rührt die Trockenhefe in das warme Wasser ein, bis es keine Klumpen mehr gibt.
  • Füllt Wasserstoffperoxid in das schmale Gefäss (bis es zu ca. einem Fünftel (mit 6% H2O2) bzw. zwei Fünftel (mit 3% H2O2) gefüllt ist – verwendet dazu den Trichter!) und mischt Lebensmittelfarbe und einen Schuss Spülmittel hinein.
  • Stellt das Gefäss in das Backblech.
  • Giesst das Hefewasser schnell in das Gefäss und tretet zurück! Die Reaktion beginnt sofort!
Wasserstoffperoxid ist mit roter Farbe und Spülmittel gemischt, die Hefe in Wasser suspendiert
Alles parat: Rechts im Reagenzglas Wasserstoffperoxid-Lösung (Drogisten benutzen gerne lateinisierte Stoffnamen – hier „Hydrogenii peroxidum“ , die schonmal zu Kommunikationsschwierigkeiten mit einkaufenden Chemikern führen) mit roter Lebensmittelfarbe und Spülmittel. Links ein Teelöffel Trockenhefe in Wasser. Nun das Linke in das Rechte giessen und los gehts!

Was ihr beobachten könnt

Die Mischung beginnt sofort zu sprudeln und heftig zu schäumen. Wie ein Zahnpastastrang quillt der Schaum aus der Gefässöffnung und ergiesst/schlängelt sich auf dem Backblech aussen herum.

Elefantenzahnpasta quillt aus dem Reagenzglas!
Zahnpasta für Zwergelefanten: Einem der Chemiker-Grundsätze – so viel wie nötig, so wenig wie möglich – zuliebe habe ich den kleinen Massstab im Reagenzglas gewählt. Zudem hatte „meine“ Drogerie gerade nur 3% H2O2-Lösung vorrätig – mit 6% käme wohl noch mehr Schaum heraus. Im Übrigen: Ein guter Drogist oder Apotheker fragt nach, was ihr mit der Lösung vorhabt. Nicht irritieren lassen und ehrlich sein – sie geben sie dann schon heraus!

Sicherheitshinweise

Auch wenn sie gerne so genannt wird: Die „Elefantenzahnpasta“ eignet sich nicht zum Zähneputzen! Nehmt sie also nicht in den Mund!

Wasserstoffperoxid wirkt ätzend auf Haut und Schleimhäute (die typischen weissen Verletzungen werden manchmal erst verzögert sichtbar und tun manchmal auch dann erst weh). Wenn euch etwas von der Lösung auf die Haut gerät, spült es gründlich mit fliessendem Wasser ab. Sollte euch trotz aller Vorsicht etwas ins Auge spritzen, spült das Auge sehr gründlich mit fliessendem Wasser aus (10 Minuten lang ist Labor-Standard!) und geht bei Beschwerden zum Augenarzt!

Ausserdem kann Wasserstoffperoxid farbige Textilien bleichen. Der Labormantel bzw. die Malschürze soll eure Kleider davor schützen.

Die „Zahnpasta“ selbst enthält kaum bis kein Wasserstoffperoxid mehr und kann daher gefahrlos angefasst werden.

Entsorgung

Die „Zahnpasta“ und Reste im Reaktionsbehälter können mit viel Wasser in den Abfluss entsorgt werden. Übrige Wasserstoffperoxidlösung könnt ihr im dicht schliessenden Originalbehälter in einem dunklen Schrank aufbewahren und später für weitere Experimente verwenden.


Was passiert da – Wie entsteht die Elefantenzahnpasta?

Wasserstoffperoxid – H2O2 – ist eine recht instabile Verbindung. Unter alltäglichen Bedingungen ohne Reaktionspartner zerfällt es sehr langsam in Wasser und Sauerstoff:

2H_{2}O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+O_{2}

Kommt Wasserstoffperoxid allerdings mit anderen Stoffen in Berührung, oxidiert es die meisten davon. Das gilt insbesondere für die Bestandteile von Lebewesen. Deshalb solltet ihr bei diesem Experiment Schutzbrille und -kleidung tragen!

Schutz vor Oxidation durch Aufräum-Enzyme

Wenn die Zellen sauerstoffatmender Lebewesen (Menschen, Tiere, Hefepilze,…) Energie aus Sauerstoff gewinnen, kann in ihnen jedoch H2O2 als unerwünschtes Nebenprodukt entstehen (so ausgeklügelt die Reaktionswege sind, fehlerfrei laufen sie noch lange nicht). Damit dieses Wasserstoffperoxid nicht wild herumoxidiert, haben die Zellen ein Aufräumkommando, das durch Fehler entstehendes H2O2 schnellstmöglich aus der Welt schafft.

Dabei handelt es sich um Enzyme mit dem Namen Katalase. Das sind Proteine, die die natürliche Zersetzung von Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff um ein Vielfaches beschleunigen – indem sie den Ablauf der Reaktion erheblich erleichtern.

Ein Biokatalysator erleichtert den Reaktionsablauf

Denn Reaktionen laufen dann leichter ab, wenn weniger Energie nötig ist, um sie zu starten. Ein Stoff, der eine Reaktion beschleunigen kann (ohne selbst abzureagieren), indem er die zum Start der Reaktion nötige Aktivierungsenergie verringern kann, wird Katalysator genannt.

Im Auto ist der Katalysator eine Metalloberfläche, an welcher giftige Abgase zu weniger giftigen Stoffen reagieren (mehr dazu findet ihr hier). In Lebewesen heissen die Katalysatoren Enzyme. Enzyme sind also Proteine, die Reaktionen erleichtern und damit beschleunigen. Die Katalasen gehören unter diesen zu den schnellsten Enzymen überhaupt: Ein einziges Katalase-Molekül schätzungsweise bis zu 10 Millionen H2O2-Moleküle in der Sekunde umsetzen! Das hat zur Folge, dass die Geschwindigkeit des Wasserstoffperoxid-Abbaus mit Katalase praktisch nur davon abhängt, wie viel H2O2 das Enzym in gegebener Zeit „zu fassen“ bekommt.

Gasentwicklung dank Katalase

Damit ist die Katalase bestens geeignet, um durch Fehler in anderen Reaktionsabläufen entstehendes Wasserstoffperoxid sofort wieder verschwinden zu lassen – oder um aus Wasserstoffperoxid, das von aussen eindringt, in kürzester Zeit grosse Mengen Sauerstoff-Gas freizusetzen.

Wenn wir unsere Hefe durch Mischen mit Wasserstoffperoxid-Lösung (relativ) grossen Mengen H2O2 aussetzen, stürmen diese kleinen Moleküle die Hefezellen und werden dort postwendend zu Wasser und Sauerstoff-Gas umgesetzt. Sollten die Zellen dabei platzen oder ihre Aussenwände kaputt oxidiert werden, kommt die Katalase zudem direkt mit der Wasserstoffperoxid-Lösung in Berührung und das Gas entsteht noch schneller.

Nun brauchen gasförmige Stoffe ein Vielfaches mehr an Platz als flüssige Stoffe aus den gleichen Teilchen, sodass sich das Sauerstoff-Gas sehr schnell ausdehnt. Da unser Gemisch aber Seife enthält, werden die entstehenden Sauerstoffportionen in winzige Seifenbläschen eingeschlossen (über diese und andere Superkräfte von Seife könnt ihr hier nachlesen): Es entsteht Schaum.

Elefantenzahnpasta von Nahem gesehen: Die Schaumbläschen sind erkennbar.
Wenn ihr euch die „Elefantenzahnpasta“ ganz aus der Nähe anschaut, könnt ihr die kleinen Schaumbläschen erkennen.

Und dieser Schaum, nass von Seifenwasser und Hefezellresten, quillt als „Elefantenzahnpasta“-Schlange aus dem Gefäss heraus.

Zusammenfassung

Die „Elefantenzahnpasta“ besteht also aus Schaum aus Seife und Sauerstoff, der durch „Überfütterung“ der Oxidationsschutz-Enzyme von Hefezellen mit Wasserstoffperoxid entsteht.

Auch Menschenzellen haben Katalasen, die den Abbau von Wasserstoffperoxid in der gleichen Weise beschleunigen: Wenn Wasserstoffperoxid in unsere Haut gelangt, entstehen im Gewebe kleine Sauerstoffbläschen, welche wir als die weissen Verletzungen sehen können.

Wichtig: Die Schutzenzyme des Körpers sind genau darauf ausgelegt, solche Oxidationsmittel zu entfernen, die bei Fehlern in zelleigenen Prozessen entstehen. Andere Oxidations- und Bleichmittel, insbesondere unter dem Kürzel „MMS“ als „Wunderheilmittel“ vertriebene gefährliche Chlorverbindungen gehören da nicht zu! Gegen solche Stoffe hat der menschliche Körper keine eigenen Schutzmassnahmen!

Und habt ihr das Elefanzenzahnpasta-Experiment schon einmal ausprobiert? Wozu sonst verwendet ihr Wasserstoffperoxid?

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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Wenn etwas nicht oder nur teilweise funktioniert haben sollte, schreibt es in die Kommentare. Ich helfe gerne bei der Fehlersuche!

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Experiment: Farbkreis mit wandernden Farben

Farbkreis mit wandernden Farben

Seid ihr das winterliche Grau in Grau auch so leid wie ich? Dann ist es für uns alle an der Zeit, uns etwas Farbe zu gönnen. Die Blogparade #farbenfroh aus der Reihe #bloggenkunterbunt in Barbaras Paradies kommt da gerade recht. Barbara sammelt nämlich Blogbeiträge, die etwas mit Farben zu tun haben. Und das noch bis Ende Februar!

Farben, Licht und Glanz – Warum die Welt uns bunt erscheint

Farben sind natürlich auch ein grosses und spannendes Thema in den Naturwissenschaften. Wenn ihr euch schon einmal gefragt habt, was Farben sind und warum die Welt uns bunt erscheint, findet ihr hier in meinem ultimativen Artikel zur Physik der Farben die Antwort.

Für die Blogparade sind aber neue Artikel im Februar gewünscht. Deshalb gibt es heute Farbiges für euch zum Mitmachen: Ein faszinierend buntes Experiment. Und alles, was ihr dazu braucht, findet ihr in eurer Küche oder im Supermarkt.

Vom Lichtspektrum…

Die Farbe ist eine Eigenschaft des Lichtes: Je nach seiner Wellenlänge nehmen wir das Licht, das in unsere Augen fällt, in einer bestimmten Farbe wahr. Erst alle Farben miteinander ergeben den Eindruck „weiss“. Wenn man alle Wellenlängen in aufsteigender (oder absteigender) Reihenfolge nebeneinander stellt, erhält man einen wunderschönen Regenbogen: Eine Reihe aller Farben, die ineinander über zu gehen scheinen.

Diese Reihe nennen die Physiker das Spektrum des sichtbaren Lichtes. An seinen Enden geht es in Farben über, die für unsere Augen unsichtbar sind: Infrarot am langwelligen, ultraviolett am kurzwelligen Ende.

…zum Farbkreis

Nun wäre es aber reichlich aufwändig, für jede dieser Wellenlängen eine eigene Sinneszelle zu entwickeln, nur damit wir farbig sehen können. Ganz davon zu schweigen, dass die kaum alle auf unserer kleinen Netzhaut Platz hätten. Deswegen hat der Mensch nur drei Sorten Farb-Sinneszellen – und dahinter geschaltet eine leistungsfähige Rechenmaschine (das Gehirn), welche die Eindrücke der drei Farbspezialisten zu einem Gesamt-Farbeindruck verarbeitet.

Die drei Grundfarben, für welche wir Menschen eigene Sinneszellen haben, haben findige Künstler und Naturphilosophen schon erkannt, bevor sie wussten, was eine Zelle ist oder wie unsere Netzhaut samt Gehirn funktioniert: Rot, Gelb und Blau. Durch das Vermischen von Farbstoffen in diesen drei Tönen lassen sich nämlich alle anderen Farbeindrücke erzeugen. Reines Rot, Gelb und Blau bekommt man hingegen durch Mischen nicht hin.

Und noch etwas haben die Künstler festgestellt: Bestimmte Farbenpaare nebeneinander erzeugen einen besonders starken Kontrast. Diese Farbenpaare werden Komplementärfarben genannt.

(Technisch gesehen sind zwei Farben komplementär, die gemeinsam weiss (wenn farbige Lichtwellen zusammen kommen) bzw. schwarz (wenn die Farbeindrücke durch Auslöschung von Lichtwellen entstehen, sodass das Mischen zur vollständigen Auslöschung führt) ergeben. Die Gesamtheit aller Lichtwellen erscheint also deshalb weiss , weil zu jeder Farbe auch die Komplementärfarbe vorhanden ist.)

Wenn man nun die drei Grundfarben in einem Dreieck anordnet und die jeweiligen Mischungen zweier Grundfarben im Verhältnis 1:1 entlang der Kanten dieses Dreiecks, dann liegen komplementäre Farben einander gegenüber. Das gilt auch, wenn man die nun sechs Farben wieder je 1:1 miteinander mischt und die Ergebnisse zwischen die Ausgangsfarben setzt. So entsteht ein Farbkreis, auf welchem ähnliche Farben nebeneinander und komplementäre Farben einander gegenüber zu finden sind.

Die Herstellung eines solchen Farbkreises mit sechs Farben könnt ihr mit einer spannenden physikalischen Spielerei verbinden:

Experiment: Farbkreis mit wandernden Farben

Wasser und darin gelöste Farbstoffe können sich durch „saugfähiges“ Papier bewegen, wobei die Beweglichkeit der Stoffe von der Beschaffenheit ihrer Moleküle abhängt. Dieser Umstand kann genutzt werden, um Farben zu trennen. Das könnt ihr zum Beispiel ganz einfach mit einem schwarzen Filzstift ausprobieren, oder etwas aufwändiger mit den Farbstoffen in Pflanzenblättern. Die Links führen euch zu meinen Anleitungen dazu.

Heute wollen wir die Lauffähigkeit von Wasser und Farbstoffen aber nutzen, um die Farben zu vermischen.

Ihr braucht dazu

  • Lebensmittelfarben rot, gelb, blau
  • 6 gleichhohe Gläser
  • weisse Papierservietten
  • Bastel- oder Küchenschere
  • Leitungswasser
  • einen Stab zum Umrühren
  • bis zu 24 Studen Zeit

So geht’s

  • Schneidet aus den Papierservietten mehrlagige Streifen, die vom Boden des einen zum Boden des nächsten Glases reichen. Ich habe dazu einfach eine zusammengefaltete Serviette in Streifen geschnitten. Der vorgegebene Falz kann dann auf den Glasrändern platziert werden, und die Enden hängen links und rechts herunter. Ich habe die Streifen dann so gekürzt, dass die Enden etwa 10 bis 15mm auf dem Glasboden aufliegen können.
  • Stellt die leeren Gläser in einem Sechseck auf, nehmt aber die Streifen nach dem Abmessen der Länge wieder heraus.
    Füllt das erste, dritte und fünfte Glas zu mindestens einem Drittel mit Wasser.
  • Löst in einem Wasserglas reichlich blaue, im nächsten gelbe und im dritten rote Lebensmittelfarbe auf. Rührt allenfalls gut um, bis sich die Farbe vollständig im Wasser verteilt hat.
  • Hängt nun die Papierstreifen über die Ränder der benachbarten Gläser: Jeder Streifen soll zu einer Seite in farbigem Wasser, zur anderen Seite in einem leeren Glas hängen. In jedem leeren Glas hängen somit nun zwei trockene Streifen
Der Aufbau zu Beginn des Experiments
  • Und jetzt zum grossen Unterschied zu vielen Varianten dieses Versuchs im Netz: Wartet nicht nur ein bis zwei Stunden, sondern allenfalls einen ganzen Tag ab und schaut euren Farbkreis zwischendurch immer wieder an!

Was ihr beobachten könnt

Das Wasser steigt zunächst zügig in den Serviettenstreifen nach oben. Die Farbstoffe folgen in der Regel deutlich langsamer. Schliesslich überwinden erst das Wasser, dann die Farben den Falz über dem Glasrand und laufen weiter bis zum Boden des nächsten Glases. Wenn ihr lang genug wartet, wird sich buntes Wasser in den leeren Gläsern sammeln, sodass die Farbstoffe sich vermischen!

Farbkreis mit gewanderten Farben nach 24 Stunden
Der Farbkreis nach 24 Stunden: Im Glas zwischen Blau und Rot sammelt sich Violett, im Glas zwischen Blau und Gelb ist das Wasser grünlich, und in der Mitte es Glases zwischen Gelb und Rot lässt sich Orange erkennen.

Wie funktioniert das?

Wie Wasser und Farbstoffe sich durch Papier bewegen, habe ich hier bei der Papierchromatographie mit Filzstiften erklärt. Im Unterschied dazu lassen wir dieses Experiment aber tatsächlich so lange laufen, dass Wasser und Farben durch den ganzen Papierstreifen wandern und schliesslich am anderen Ende wieder herauskommen. Das funktioniert theoretisch so lange, bis der Wasserspiegel in den anfangs leeren Gläsern ebenso hoch ist wie der in den Grundfarben-Gläsern. Dann erst nämlich verursachen die Wassermoleküle in den Misch-Gläsern so viel „Stau“, dass die ganze Bewegung zum Erliegen kommt.

Entsorgung

Lebensmittelfarben sind ungiftig, sodass die Lösungen in den Abluss und die farbigen Papierstreifen in den Restmüll entsorgt werden können. Anstatt sie wegzugiessen, könnt ihr die farbigen Lösungen aber ebenso gut aufheben oder gleich für weitere Experimente verwenden!

Warum dauert der Versuch so lange?

Die Geschwindigkeit, mit welcher die Farben durch die Papierstreifen wandern, hängt ebenso von der Beschaffenheit der Servietten als auch von jener der Farbstoffmoleküle ab. Und es gibt mehr als jeweils eine Sorte Moleküle, die gelb, rot oder blau sein können.

Die Papierservietten, welche ich hier verwendet habe, habe ich auch bei der Trennung von Filzstiftfarben mit vielen Primarschulkindern eingesetzt. Und die Filzstiftfarben liefen innerhalb von wenigen Minuten die Streifen hinauf. Die Lebensmittelfarben (vom Grossverteiler mit dem orangen M) bestehen offenbar aus weitaus sperrigeren Molekülen. In meinen Farben sind das laut Verpackung

  • -Gelb : Curcumin (E 100) – das Gelb der Kurkuma-Wurzel
  • -Rot : Echtes Karmin bzw. Cochenille (E 120) – das Rot aus Cochenille-Schildläusen
  • -Blau : Spirulinaextrakt – ein Farbstoff aus Cyanobakterien („Blaualgen“) der Gattung Spirulina
Der Farbkreis nach 4 Stunden: Die rote Farbe ist deutlich im Papier zu sehen, die gelbe Farbe erscheint am Glasrand noch blass und die blaue Farbe ist dort noch kaum zu sehen. Erst später werden die Farben intensiver und mischen sich in den vormals leeren Gläsern.

Das Karminrot wandert noch am schnellsten, gefolgt vom Curcumin-Gelb. Das Spirulina-Blau tut sich hingegen ganz schwer. Vielleicht findet ihr ja andere Farbstoffe, die schneller laufen?

Weitere Ideen zum Ausprobieren

-die unterschiedlichen Wandergeschwindigkeiten der Farben sichtbar machen: Mischt alle farbigen Lösungen in einem Glas und hängt einen Papierstreifen hinein. Welche eurer Farben läuft am weitesten hinauf, welche am wenigsten weit?
-probiert das Ganze mit Tinte, Kirschsaft oder anderen farbigen Flüssigkeiten auf Wasserbasis aus: Was läuft in euren Servietten am schnellsten?

Ich wünsche euch ganz viel Spass beim Experimentieren und Farben bestaunen!

Hier findet ihr übrigens noch mehr Farben in Keinsteins Kiste:

Und wie bringt ihr sonst Farbe in euren Februar-Alltag?

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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Wenn etwas nicht oder nur teilweise funktioniert haben sollte, schreibt es in die Kommentare. Ich helfe gerne bei der Fehlersuche!

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