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Weihnachten mit Keinsteins Kiste: Experimente und mehr im Advent

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

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

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

Spektroskop im Einsatz

Ich probiere das Keksschachtel-Spektroskop am Adventskranz aus

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

Weihnachtsgeschichte: Was war der Weihnachtsstern wirklich?

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

Spannende Wissenschaft: Der molekulare Weihnachtsmann

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

Experiment: Weihnachtskugeln mit Silberspiegel

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

Links eine unbehandelte Ersatzkugel, rechts die selbst verspiegelte Kugel

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

Experiment: Kristalle züchten

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

Experiment: Schneekugeln selber machen

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

Experimente: 13 Versuche mit Kerzen

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

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

 

Wie ein winziger Stummel zum Problem wird

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

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

 

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

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

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

Wie ein Filter funktioniert

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

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

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

 

Was ist Celluloseacetat?

Cellulose: Ein Naturstoff

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

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

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

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

Essigsäure: Ein weiterer Naturstoff kommt dazu

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

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

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

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

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

Aber: Aus zwei Naturstoffen wird ein Kunststoff

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

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

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

 

Kann man Celluloseacetat recyceln?

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

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

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

 

Das eigentliche Problem mit Zigarettenfiltern

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

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

Dazu gehören unter anderem

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

 

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

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

Achtung! Zigarettenfilter halten nicht was sie versprechen!

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

 

Welcher Schaden durch weggeworfene Zigarettenkipppen entsteht

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

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

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

 

Was wird gegen den Sondermüll auf den Strassen getan?

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

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

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

 

Was ihr gegen die Kippenflut tun könnt

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

 

Sind E-Zigaretten eine Lösung für das Kippenproblem?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

Fazit

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

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

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

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

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

Wie funktioniert die Liebe? Terra incognita der Wissenschaft

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

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

Welche Hormone bewirken, ob und wann wir uns verlieben?

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

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

Ihr könnt auch etwas gewinnen!

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

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

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


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

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

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

Eure Kathi Keinstein

Experiment: Gärung - die Superkraft von Hefe

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

Was ist eigentlich Hefe?

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

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

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

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

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

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

Was macht ein Pilz in Brot und Kuchen?

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

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

 

Experiment 1: Hefegärung sichtbar machen

Ihr braucht dazu

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

Das braucht ihr für das Experiment

So geht es

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

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

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

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

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

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

Was geschieht da?

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

Was für ein Gas ist das?

Ihr könnt es selbst nachweisen!

Experiment 2: Gas-Nachweis

Ihr braucht dazu

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

So geht es

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

Was passiert da?

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

 

Was in den Hefezellen passiert

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

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

Ein Glucose-Molekül

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Wie wird dann Haushaltszucker vergoren?

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

Saccharose, unser Haushaltszucker dargestellt in der Haworth-Strukturformel

Ein Saccharose-Molekül

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

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

Wie “geht” Hefe in Milch?

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

Hefe in laktosefreier Milch

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

Ein Laktose-Molekül: Haworth-Strukturformel

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

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

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

Was im Ofen mit der Hefe passiert

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

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

 

Entsorgung

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

 

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

Experiment DIY Kinetischer Sand - und wie er funktioniert

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

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

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

Wie aus Sand Burgen werden

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

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

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

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

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

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

Was ist kinetischer Sand?

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

Silikon: Ein ganz besonderer Kunststoff

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

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

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

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

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

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

Silikon als perfekter “Zement” für Sandburgen?

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

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

Rezept: Kinetischer Sand selbstgemacht

Ihr braucht dazu

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

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

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

So geht es

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

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

So sind Sand und Stärke gründlich vermischt.

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

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

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

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

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

Die richtige Mischung: Dieser Sandball hält zusammen!

So ist die Mischung gut: Der Sandball hält zusammen!

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

Ein Pferd aus kinetischem Sand trägt den Spielzeug-Ritter

 

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

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

 

Wie funktioniert das?

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

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

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

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

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

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

Was zu beachten ist/Entsorgung

Zu empfehlen: Indoor-Sandkasten

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

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

Haltbarkeit dieses kinetischen Sandes

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

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

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

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

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

 

Eine alltägliche Geschichte

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

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

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

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

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

Zum Inhalt des Buches

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

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

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

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

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

Mein Eindruck vom Buch

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

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

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

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

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

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

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

Eckdaten zum Buch

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


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

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

Mein Fazit

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

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

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

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

In der Schweiz betreibt ToxinfoSuisse die Notfallnummer 145 .

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

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

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

Rundgang im Gewächshaus - Woher unser Gemüse kommt

Dieser Beitrag ist mit freundlicher Unterstützung von Gutknecht Gemüse entstanden, die mir im Rahmen einer Betriebsführung für Blogger einen Einblick in ihre Gewächshausproduktion gewährt haben. Ich bedanke mich herzlich bei beim Unternehmen für die Einladung und bei Moana Werschler für die Organisation. Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation.

Chemie im Alltag? Die ist auch in der Gemüseabteilung im Supermarkt immer wieder ein Thema. Zumindest lässt mich, was so durch die Sozialen Medien geistert, annehmen, dass ich nicht die einzige bin, die beim Einkauf darüber nachdenkt, welche ebenso beunruhigenden wie unsichtbaren Substanzen an unseren Gemüsen haften mögen: Rückstände von Pestiziden und die noch weniger greifbaren Folgen “nicht-natürlichen” Anbaus.

Aber ganz ehrlich: Bis vor wenigen Wochen hatte ich absolut gar keine Ahnung davon, wie unser Gemüse heutzutage angebaut wird. Wie die meisten von euch vermutlich auch. Ist das eine Grundlage für eine fundierte Einschätzung der Lage im Gemüseregal? Fehlanzeige! Selbst für mich als Chemikerin.

Wie baut man heute Gemüse an?

Richtig bewusst wurde mir das allerdings erst, als ich jemanden traf, der es besser wusste – und mir und anderen Bloggern die Möglichkeit eröffnete, der Sache auf den Grund zu gehen: Ich danke Moana Werschler von “Miss Broccoli” herzlich für die Organisation des spannenden Ausflugs in die Welt des modernen Indoor-Gemüseanbaus bei Familie Gutknecht in Kerzers! Dort habe ich nämlich aus nächster Nähe anschauen – und probieren! – dürfen, wie zeitgemässer Gemüseanbau in der Schweiz funktioniert.

Und das habe ich natürlich für euch getan, damit ich euch einen wirklich spannenden Einblick “aus erster Hand” in die Herkunft unserer liebsten Grundlage gesunder Ernährung geben kann. Und die mutet geradezu futuristisch an: Bei Gutknecht wird nämlich “Hors Sol” praktiziert – eine Anbaumethode, die dem Augenschein nach auch auf dem Mars funktionieren könnte.

Was wächst bei Gutknecht?

An einem heissen Juni-Tag führte mich mein Weg aus dem kleinen Dorf Kerzers (das unter Naturliebhabern und -forschern für sein Schmetterlingshaus “Papiliorama” bekannt ist) hinaus aufs flache Feld und durch ein Industriegebiet voller grosser Logistik-Niederlassungen. Dahinter wartete natürlich kein romantischer Familien-Ferien-Bauernhof. Der hätte auch kaum die Möglichkeit gehabt, das ganze Gebiet um den “Röstigraben” zwischen Deutsch- und Westschweiz mit frischem Gemüse zu versorgen.

Der Gutknecht-Gemüsehof hingegen kann das: Auf einer Gewächshaus-Fläche von 9 Fussballfeldern (das sind 6 bis 7 Hektar) werden das ganze Jahr über zahlreiche Gemüsesorten angebaut, die wir in den Auslagen von Migros, Coop, Spar, Lidl, Denner….eigentlich allen Supermärkten in der Region finden können. Dazu kommen 100 Hektar Anbaufläche an der frischen Luft für Obst und Gemüsesorten, die im Gewächshaus nicht gedeihen. Aber die waren für uns heute nicht von Interesse.

Uns und Pascal Gutknecht – einem der Hofbesitzer, der uns persönlich herumgeführt hat – ging es heute um die Gewächshäuser und das, was darin wächst: 29 (!) verschiedene Sorten Tomaten, dazu Auberginen, Zucchetti (in Deutschland sagt man Zucchini), Gurken, Peperoni (für Nicht-Schweizer: gemeint sind Paprika – die kleineren Scharfen, hierzulande Peperoncini genannt, gibt es bei Gutknechts allerdings auch), verschiedene Sorten frischer Kräuter und wer weiss, was wir noch alles nicht gesehen haben.

Unser Rundgang durch den Anbaubereich beginnt im Versuchsgewächshaus, in welchem in kleinerem Massstab mit Verbesserungen der Anbaumethode und neuen Sorten experimentiert wird. Das muss Pascal Gutknecht uns allerdings erst erklären – denn wir finden uns auf den ersten Blick in einer mächtigen gläsernen Halle mit Reihen um Reihen grüner Pflanzen mit Rispen voller kleiner Tomaten wieder. Die richtig grossen Gewächshäuser haben wir ja noch gar nicht gesehen.

Datteltomaten im Versuchs-Gewächshaus

Und hätte Moana uns nicht so gründlich vorinformiert, hätte der Anblick dieser Reihen vielleicht befremdlich gewirkt. Seit wann sind Tomaten lianenähnliche Schlingpflanzen? Und seit wann wachsen die auf frei hängenden Schwebebalken? Aber Moana hatte mich ja vorgewarnt: Die Gutknechts haben sich dem Hors Sol, einer etwas anderen, aber zukunftsweisenden Anbaumethode verschrieben.

 

Was ist Hors-Sol?

“Hors Sol” ist französisch für “ausserhalb des Erdbodens” – und genau darum geht es auch. Der Erdboden unter dem Gewächshaus wird nicht bepflanzt, sondern mit Platten oder Planen abgedeckt. Stattdessen werden Reihe um Reihe der schon erwähnten “Schwebebalken” an Ketten unter dem Gewächshausdach aufgehängt, sodass sie etwa 30 bis 40cm über dem Boden schweben.

Die Balken werden dann mit prallvollen Kunststoffsäcken bestückt, die an Gartenerde-Säcke aus dem Baumarkt erinnern. Statt Gartenerde enthalten sie jedoch Kokosfasern, die beim Anbau von Kokospalmen (zum Beispiel für das zunehmend populäre Kokosfett) abfallen. In diesen Kokosfaserballen wurzeln die Tomaten (oder andere Pflanzen), während sie dem durch das Glasdach fallenden Licht entgegen wachsen.

Wurzelballen in einer Hors Sol - Kultur

Was sind das für seltsame Lianen-Tomaten?

Und das tun sie mit grösstem Eifer: Alle Windungen zusammengenommen sind die Tomatenpflanzen im Versuchgewächshaus gut und gerne sechs bis sieben Meter lang! Dabei werden sie sorgfältig drapiert und ihre Spitzen an Führungsketten aufgehängt. Zudem herrscht akribische Ordnung: An der Spitze blüht alles, in der Mitte hängen schwer die reifenden Früchte und der untere Teil der Haupttriebe ist vollkommen kahl (Diese Ordnung ist naturgegeben – ihr könnt sie auch an den Tomatenpflanzen in eurem Garten beobachten – wenn ihr im untersten Bereich eurer Pflanzen kräftig “ausgeizt” und alle Blätter wegschneidet).

Dabei ist diese Pflanzung erst in der Mitte ihres Lebens angelangt: Die Tomaten wurden im Januar, also vor einem halben Jahr gesetzt und können bis zu ihrem Lebensende im Dezember eine Länge von 13 Metern erreichen! Das könnten eure Tomaten im Garten übrigens auch, wenn sie so viel Zeit und Platz zum Wachsen hätten.

In diesem Gewächshaus ist Wechselzeit: Die Kokosfaser-Säcke - Basis für die Hors Sol Kultur - warten auf neue Pflanzen

In diesem Produktions-Gewächshaus ist Wechselzeit: Die grossen Kokosfasersäcke bleiben dabei stets am Ort. Im Hintergrund wurden bereits junge Gurkenpflanzen gesetzt, die im Vordergrund folgen in den nächsten beiden Wochen.

Giesswasser und Dünger per Infusion

In jedem Wurzelballen steckt mindestens eine mit einem dünnen Schlauch versehene Sonde, sodass das Ganze untenherum ziemlich verkabelt wirkt. Durch die Schläuche können Giesswasser und darin gelöste Nährstoffe direkt in jeden Wurzelballen gepumpt werden. So erhält jede Pflanze “per Infusion” genau das, was sie gerade braucht.

So brauchen zum Beispiel die mächtigen “Coeur de Boeuf”-Tomaten eine Extraportion Calcium, um nicht an Wurzelfäule zu erkranken, während die kleineren Sorten sehr gut mit geringeren Mengen auskommen. Deshalb gibt es die Extraladung Calcium nur dort ins Giesswasser, wo sie benötigt wird.

Und wenn doch mal etwas überläuft, wird es gleich zur Wiederverwendung in den Giesswasser-Vorrat zurückgeführt.

Wie werden die Pflanzen im Gewächshaus befruchtet?

Damit haben die Pflanzen alles, was sie zum Wachsen brauchen: Licht, Wärme, Wasser, einen Untergrund zum Wurzeln, Nährstoffe… Aber ihr denkt jetzt womöglich: “Und wie soll das unter Glas mit den Bienli und den Blüemli funktionieren?” Richtig: Im Gewächshaus können die Pflanzen blühen – aber ohne Bestäubung werden aus den Blüten keine Früchte. Deshalb haben die Gutknechts ganz besondere Hilfsarbeiter eingestellt:

Pascal holt zwischen den Tomatenreihen einen handlichen Pappkarton mit einem feinmaschigen Gitter vor der oberen Öffnung hervor. Als er den kräftig anstösst, ertönt daraus ein ungehaltenes Summen. In dem Karton hat ein Hummelvolk sein Nest! Damit wir und die Kinder das Ganze in Ruhe betrachten können, hat Pascal das Einflugloch für den Moment verschlossen. Aber wie auf Bestellung nähert sich sogleich eine frei fliegende Hummel, die den Eingang sucht – nun aber für den Moment warten muss.

Hummelnest im Pappkarton zum Einsatz im Hors Sol Gewächshaus

Ein Hummelnest im Pappkarton: Durch das Gitter ist die Luftzufuhr garantiert. Die violette Scheibe ist drehbar und verschliesst in dieser Position das Einflugloch.

 

Im ganzen Gewächshausbetrieb gibt es 140 solcher Hummelnester und jedes davon wird von rund 250 Hummeln bewohnt. Das macht nach Adam Riese 35’000 Hummeln, deren Job es ist, auf Nektarsuche von Gemüseblüte zu Gemüseblüte zu fliegen und dabei Pollen von der einen zum Stempel der nächsten Blüte zu tragen.

Dabei sind Hummeln übrigens genügsamer als Bienen: Sie fliegen auch bei deutlich weniger Licht und Wärme (in Mutters Garten konnte ich das Mitte Juli selbst beobachten: Gegen 20:30 waren immer noch Hummeln am Sommerflieder zugange, während die Bienen schon längst verschwunden waren). Dazu kommt, dass Hummeln wesentlich friedfertiger als ihre kleineren Verwandten sind, sodass die 80 menschlichen Mitarbeiter bei Gutknecht Gemüse um vieles seltener von ihnen behelligt oder gar gestochen werden.

Hat die Hors-Sol-Methode Einfluss auf die Qualität des Gemüses?

Während wir die futuristisch anmutenden Pflanzungen näher in Augenschein nehmen, greift Pascal Gutknecht tief ins Grün und pflückt eine Rispe mit reifen Tomaten. Die verteilt er sogleich an uns und die Kinder – und sobald wir probieren, sind wir uns einig: Die sind megafein! Richtig süss und tomatig…

Hors Sol kommt ohne Pestizide aus!

Aber halt! Wir essen Tomaten aus solch einer Umgebung direkt vom Strauch? Denkt denn hier niemand über Pflanzenschutzmittel nach? Keine Sorge, sagt Pascal, in den Gutknecht-Gewächshäusern kommen überhaupt keine Pestizide zum Einsatz. Das wäre allein schon der Hummelvölker wegen schwierig. Das einzige, was an diesen Tomaten dran sein könnte, ist also allenfalls, was die Mitarbeiter an den Händen haben. Davon ausgehend, dass Pascal seine gewaschen hat, können wir die Kinder also bedenkenlos das Gemüse vertilgen lassen.

Und wie sie das tun! Neben Tomaten gibt es hier die als Naschwerk gezüchteten, besonders süssen Spitzpeperoni – auch unheimlich lecker.

Zweifarbige Spitzpeperoni (Spitzpaprika)

Zweifarbige Spitzpeperoni (Spitzpaprika): Absolut unbedenklich direkt ab Strauch und heiss begehrt bei den Kindern

 

Da kommt Pascal gar nicht so schnell mit dem Aufschneiden hinterher, wie die Kleinen ihm die Leckereien aus den Händen schnappen (heisst es nicht oft, dass Kinder kein Gemüse mögen würden? Hier wurde uns eindrücklich das Gegenteil bewiesen!). Selbst eine äusserlich eigenwillige Sorte im reifen Zustand grüner Zebratomaten mindert die Begeisterung nicht, sodass das Ganze schnell buchstäblich einer Raubtierfütterung gleicht.

Reife Zebratomaten in Rot und Grün

Eine besondere Rarität: Zebratomaten – beide Früchte in Pascals Händen sind reif!

Wie wird dann gegen Schädlinge vorgegangen?

Schon bald ist uns eine Merkwürdigkeit in der Tomatenpflanzung aufgefallen: Am Anfang jeder vielleicht fünften Pflanzreihe wächst am äussersten Ende des Schwebebalkens eine einzelne Auberginen-Pflanze. Das ist auch in den richtig grossen Tomatenhäusern so, sodass das nichts mit der Versuchsanlage zu tun haben kann. Jedenfalls nicht direkt.

Indikator-Aubergine

Diese Aubergine steht vor den Tomaten, um Schädlingsbefall frühzeitig sichtbar zu machen.

 

Stattdessen dient die Aubergine als Indikator für Schädlingsbefall. Sie hat nämlich unter allen Gemüsepflanzen im Gewächshaus die weichsten, empfindlichsten Blätter. Wenn Schädlinge ins Gewächshaus einfallen, lassen sie sich daher zu allererst auf der Aubergine nieder, wo sie von den Mitarbeitern schnell gesehen werden. Und dann wird in die biologische Trickkiste gegriffen:

Es werden Eier und Larven von nützlichen Krabbeltieren – natürlichen Feinden der Schädlinge, die in kleinen Briefchen beim Züchter eingekauft und wie Saatgut gelagert werden können, im Gewächshaus ausgesetzt.

Eine Ladung Nützlinge zur Schädlingsbekämpfung

Eine Ladung biologisches Schädlingsbekämpfungsmittel: Die winzigen aber nützlichen Bewohner des holzwolleähnlichen Substrats aus einem frisch geöffneten Briefchen machen sich eiligst davon (rote Kringel).

Schmeckt Hors Sol-Gemüse fad oder ist es weniger nahrhaft?

Was Pascal Gutknecht uns nun erklärt, könnt ihr auch hier in Keinsteins Kiste nachlesen (und erfahren, wie ihr Tomaten nachreifen lassen könnt): Der angenehme Geschmack reifer Tomaten oder anderer Gemüse kommt nicht aus dem “richtigen” Boden. Dafür ist einzig und allein Wärme verantwortlich. Und die gibt es hier im Gewächshaus reichlich (wir schwitzen schon ordentlich und mein Kamera-Handy läuft immer wieder heiss).

Dass die Tomaten im Supermarkt trotzdem oft kaum Geschmack haben, rührt daher, dass die Früchte auf ihrem Weg bis in die Supermarkt-Auslagen bzw. auf unseren Esstisch nicht warm bleiben. Damit sie schön prall und fest bei uns ankommen, werden sie nämlich beim Transport in die Märkte oft gekühlt – und wenn nicht dort, dann legen wir sie zu Hause nur all zu gerne in den Kühlschrank.

Das Problem dabei: Die Kälte führt zum Abbau von Aromastoffen, die von der Pflanze als Lockmittel für hungrige Pflanzenfresser geschaffen werden, welche die Samen verbreiten können. Und bei kalter Witterung macht die Verbreitung von Samen keinen Sinn (es würde schwerlich etwas daraus wachsen).

Da die Hors-Sol-Pflanzen über ihre “Infusion” alles erhalten, was sie zum Aufbau von Nähr- und Aromastoffen brauchen, fehlt ihnen aufgrund der Anbauweise nichts, um sowohl schmackhaft als auch gesund zu sein.

Frische Kräuter aus Hors Sol - Kultur

Pascal erklärts: Auch die frischen Kräuter erhalten hier alles, was sie brauchen, um würzig zu sein.

Wie ihr zu Hause an schmackhafte Tomaten kommt

Wenn ihr euch geschmackvolle Tomaten wünscht, kauft sie nach Möglichkeit ungekühlt, bringt sie in der kalten Jahreszeit raumwarm heim und legt sie dort nicht in den Kühlschrank! Lagert sie stattdessen bei Raumtemperatur (nicht unbedingt neben Äpfeln, es sei denn, die Tomaten wären unreif). Dann müsst ihr sie wohl schneller aufbrauchen, aber dafür schmecken sie um so mehr nach Tomate.

Und noch ein Tipp am Rande: Kleine Tomatensorten enthalten naturgemäss mehr Zucker als grosse und schmecken daher grundsätzlich süsser. Auch deswegen sind Kirschtomaten und andere “Winzlinge” als Nascherei besonders beliebt.

 

Warum wird dieses Gemüse nicht als “bio” verkauft?

Meine persönliche Vorstellung von bio-Anbau beläuft sich auf “frei von Pflanzenschutzmitteln ‘aus dem Labor’ und von umweltbedenklichen Düngemitteln. Damit wäre die pestizidfreie Hors-Sol-Methode mit ihrem wohldosierten wie geschlossenen Düngemittelkreislauf in meinen Augen des bio-Labels würdig. Das würde vor allem dem zu unrecht schlechten Image dieser Anbauweise gehörigen Auftrieb verleihen.

Leider sehen die Erfinder des bio-Labels das anders. Eine ihrer Bedingungen, die irgendwann in den 1980er Jahren für die Vergabe des Labels festgelegt wurde, ist nämlich der Anbau in “richtigem Erdboden”. Und die erfüllt die Hors-Sol-Methode mit ihren Kokosfasern auf Schwebebalken nunmal nicht.

Warum Pflanzen “ohne Boden” ganz natürlich sind

Dabei bestehen Kokosfasern und Humusboden aus der gleichen Sorte Rohstoff: Abgestorbenen Pflanzenresten. Im Humusboden sind die bloss etwas gründlicher zerkleinert und verdaut.

Freigelegter Wurzelballen in Hors Sol - Kultur

Ein freigelegter Wurzelballen in Kokosfasern: Sieht moosigem, durchwurzeltem Waldboden ziemlich ähnlich, gell?

 

Und überhaupt: An Pflanzen, die auf Überresten anderer Pflanzen wurzeln, ist überhaupt nichts unnatürliches. Haltet beim Spaziergang im Wald einfach einmal die Augen nach alten umgestürzten Baumstämmen und Wurzelstrünken auf. Die sind nämlich eine wahre Fundgrube – nicht nur für Pilze, Moose und Farne, sondern auch für viele “höhere” Pflanzen. Im Wald der Riesen-Sequoias an der Westküste Nordamerikas gibt solches Totholz sogar die besten “Baumkindergärten” für junge Mammutbäumchen ab!

Es wird Zeit für zeitgemässe Regeln

In einer Zeit, in welcher der Ruf nach nachhaltiger Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung ebenso immer lauter wird wie der nach Natur- und Umweltschutz, ist es dringend nötig, über 30 Jahre alte Regelungen neu zu überdenken.

Denn eine Möglichkeit, in einem kleinen Land mit extremen Jahreszeiten ganzjährig Gemüse anzubauen, ohne dabei auf chemische Pflanzenschutzmittel zurückzugreifen oder die Umwelt mit Düngemitteln zu belasten, sollte nicht das Schattendasein fristen, das ihr bislang bestimmt ist.

Die Nähe der Anbaustätten zu den jeweiligen Endkunden (also uns), die dank kurzer Transportwege schon zu einem deutlich kleineren CO2-Fussabdruck führt als Import-Gemüse ihn hat, ist zudem nur ein weiterer Punkt, der für die Nachhaltigkeit des Hors-Sol-Anbaus a la Gutknecht spricht.

CO2-Neutralität wird grossgeschrieben

Auch in Sachen Energieversorgung setzt man hier auf bestmögliche CO2-Neutralität. So sind alle Dächer der Anlage, die nicht aus Glas sind (das sind zum Beispiel Verarbeitungs- und Lagerbereiche, in welchen das Gemüse auf Europaletten verpackt und für den Abtransport bereitgehalten wird), mit Photovoltaik-Anlagen – also Solarzellen zur Stromerzeugung (wie die funktionieren, könnt ihr hier nachlesen) – bestückt. Diese Anlagen liefern mehr als genug Strom, um den ganzen Betrieb zu versorgen.

Für 2020 ist zudem der Bau einer eigenen Heizanlage für die kalte Jahreszeit geplant, welche mit Abfallholz befeuert werden soll. Zugegeben, das ist naturgemäss nicht ganz CO2-neutral (es sei denn, die Holzabfälle müssten so oder so zur Entsorgung verbrannt werden – dann würde die darin enthaltene Energie wenigstens sinnvoll genutzt). Allerdings ist offen, was die Gutknechts mit dem Abgas letztendlich anfangen (auch dafür gibt es nämlich Verwendungsmöglichkeiten).

Fazit

Wir haben nicht nur einen inspirierenden Vormittag in einer Welt verbracht, die uns normalerweise nicht zugänglich ist (es bei Gutknechts aber auch für euch sein kann – man kann die Führung über die Website für private Gruppen, Schul-, oder Betriebsausflüge buchen!). Wir haben auch jede Menge Spannendes gelernt – über überraschend natürlichen Gemüseanbau in futuristischer Umgebung.

Die Quintessenz dessen ist: Der Hors-Sol-Gemüseanbau hat sein verbreitet schlechtes Image nicht verdient. Denn die Gemüse aus dem Hors-Sol-Gewächshaus stehen solchen aus dem Garten an sich in nichts nach – und sind, bezogen auf die benötigten grossen Mengen, erst noch nachhaltiger produziert. So trägt das Gutknecht-Gemüse immerhin das “Suisse-Garantie”-Label, das nicht zuletzt für nachhaltige Produktion, Natürlichkeit und Frische steht.

Deshalb ist es an der Zeit, überholte Regelungen anzupassen, um diesem effizienten und umweltverträglichen Anbau ein besseres Image zu verleihen.

Und bis es soweit ist: Wenn Gemüse als “Hors Sol” ausgezeichnet seht (das ist in der Schweiz nicht Pflicht, aber erst heute habe ich die Kennzeichnung für Fleischtomaten im COOP entdeckt (und ratet einmal, was es heute zu essen gab)), kauft sie und freut euch, ein nachhaltiges Produkt ohne Pestizid-Belastung geniessen zu können.

Ich habe genau das jedenfalls im Hofladen auf dem Gutknecht-Gelände getan und mich für ein Ratatouille mit allem Nötigen eingedeckt. Mmmmhh, lecker!

Und welches Gemüse – aus welcher Anbauform – bevorzugt ihr? Warum?

Ein lebenswichtiges Element - wie es uns wirklich nützt

Ein chemisches Element wird in der Ernährungsbranche immer wieder heiss diskutiert: Das Jod – oder Iod, wie die Wissenschaftler es schreiben. Ist Jod nun gesund oder für die Gesundheit schädlich? Wie kann dieses vielseitige Element uns nützen? Wie können wir die richtige Menge davon zu uns nehmen?

Eines vorweg: Jod ist für uns alle – insbesondere für die gesunde Entwicklung von Kindern – unverzichtbar. Deshalb habe ich für euch Antworten auf wichtige Fragen zu diesem wichtigen Stoff zusammengestellt. Aber fangen wir von vorn an:

 

Was ist eigentlich Jod?

Jod ist eines der wenigen Nichtmetalle unter den chemischen Elementen. Das Elementsymbol ist “I” (in älteren Periodensystemen findet man auch noch ein “J”). Es gehört zur Gruppe der Halogene, die man im Periodensystem in der siebten Hauptgruppe (= Spalte) findet. Damit ist es chemisch mit den sehr aggressiven Gasen Fluor und Chlor und mit dem ebenfalls aggressiven aber flüssigen Brom verwandt: Wie diese besteht Jod aus Molekülen aus je zwei Atomen: I2.

Das Element Jod ist aus Chemikersicht etwas friedlicher als seine sehr aggressiven Verwandten. In unserer normalen Umgebung (Atmosphärendruck und Raumtemperatur) ist es zudem ein Feststoff: Jod bildet so dunkelviolette Kristalle, dass sie praktisch grauschwarz aussehen und zudem metallisch glänzen.

Eine bei Chemielehrern beliebte Besonderheit des Jods ist, dass es, wenn man es vorsichtig erwärmt, nicht schmilzt, sondern sofort verdampft (das direkte Verdampfen von Feststoffen nennen Chemiker und Physiker “Sublimieren”) – und der violette Dampf beim Abkühlen wieder zu Kristallen wird, ohne vorher zu kondensieren (das wird entsprechend “Resublimieren” genannt).

Wenn Lehrer im Schulunterricht Jod sublimieren, dann tun sie das in der Regel in weitgehend geschlossenen Gefässen. Denn wenngleich weniger stark als seine Verwandten reagiert auch dieses Halogen rege mit seiner Umgebung, reizt die Haut, die Augen und kann die Atemwege schädigen. Deshalb gilt es als gesundheits- und umweltschädlich und muss mit den entsprechenden Gefahrensymbolen beschriftet werden.

Wie kann das ein Nährstoff sein?

In der Natur kommt Jod nicht als Element – dafür ist es zu reaktionsfreudig – sondern in chemischen Verbindungen vor. Wie Chlor und die anderen Halogene bildet es leicht einfach negativ geladene Ionen (I, genannt Iodid) oder verbindet sich zum Beispiel mit Sauerstoff zu Ionen wie dem Iodat (IO3), die Bestandteile verschiedener Salze sind. Oder Jod-Atome bilden eine Atombindung zu einem benachbarten Atom – zum Beispiel Kohlenstoff – das Ergebnis sind jodhaltige organische Verbindungen.

Und sowohl die Salze als auch die organischen Verbindungen des Jods haben ganz andere – für uns lebenswichtige – Eigenschaften als das Element!

Jod und Kaliumiodid

Oben: Das Element Iod, bestehend aus I2-Molekülen. Die Dämpfe färben Kunststoffbehälter und -löffel braunviolett.
Unten: Das Salz Kaliumiodid , das I-Ionen enthält, besteht aus farblosen Kristallen.

 

Jod für unsere Ernährung

Wofür braucht der menschliche Körper Jod?

Viele Funktionen des Energiestoffwechsels und Wachstumsvorgänge werden von Hormonen geregelt, die in der Schilddrüse – die vorn in unserem Hals zu finden ist – hergestellt werden. Und diese Schilddrüsenhormone sind organische Moleküle, die Jod enthalten. Damit die Schilddrüse solche Hormone herstellen kann, braucht sie natürlich Jod – und zwar in Form von Iodid-Ionen I.

Triiodthyronin und Thyroxin – die Schilddrüsenhormone

Die beiden wichtigsten Schilddrüsenhormone, deren Konzentration im Blut der Arzt misst, um die Schilddrüsenfunktion zu überprüfen, sind das Triiodthyronin, kurz T3, und das Thyroxin, kurz T4.

Schilddrüsenhormone: Strukturformel Triiodthyronin und Thyroxin

Die beiden wichtigsten Schilddrüsenhormone: Der Index am T steht für die Anzahl Jod-Atome im Molekül. T4 unterscheidet sich von T3 nur durch ein zusätzliches Jod-Atom am linken “Benzol-Ring”. Von beiden Molekülen gibt es übrigens je zwei Ausführungen, die einander gleichen wie Bild und Spiegelbild (solche Paare nennen Chemiker “Enantiomere”). Als Hormon wirksam ist aber jeweils nur eine Ausführung – die Chemiker mit dem Buchstaben L kennzeichnen (das gilt übrigens für praktisch alle Spiegelbild-Moleküle in der Biochemie: Nur mit der L-Ausführung kann der Organismus etwas anfangen!). Deshalb enthalten Tabletten zur Behandlung einer Schilddrüsenunterfunktion “L-Thyroxin” (und nicht dessen wirkungsloses Spiegelbild D-Thyroxin).

 

Tatsächlich entsteht in der Schilddrüse hauptsächlich T4, das an Proteine angehängt seine Reise durch die Blutbahn antritt. Wenn es irgendwo im Körper gebraucht wird, kann das Hormon vom Protein abgekoppelt werden, sodass Zellen es aufnehmen können. Erst im Zellinneren wird dann ein Jod-Atom entfernt (genau: es wird gegen ein Wasserstoffatom (H) getauscht, welches in der Formel nicht mehr sichtbar ist) und so T3 erzeugt. Deshalb genügt es oft, bei einer Schilddrüsenunterfunktion nur T4 (“L-Tyroxin”) einzunehmen, um beide Hormone zu ersetzen.

Der Jod-Haushalt und sein Manager

Damit die Schilddrüse bei Bedarf Hormone nachliefern kann, kann sie einen gewissen Vorrat an Iodid-Ionen aufnehmen. Allerdings kann sie nicht feststellen, wann der Körper Bedarf an T4 und T3 hat. Dafür ist die Hirnanhangdrüse zuständig. Der geben die im Blut vorhandenen Schilddrüsenhormone nämlich das Signal “Wir sind da, es braucht nicht mehr”. Wenn dieses Signal zu schwach wird oder gar ausbleibt, schickt die Hirnanhangdrüse das Hormon TSH (Thyroidea stimulierendes Hormon) auf die Reise, welches wiederum der Schilddrüse (auf medizinisch Thyroidea) sagt, dass sie Jod aufnehmen soll (sodass T4 (und T3) hergestellt werden kann).

Deshalb lässt der Arzt bei einer Schilddrüsenuntersuchung auch die Konzentration des TSH im Blut bestimmen: Ist die nämlich niedrig, obwohl es zu wenig Schilddrüsenhormone hat (oder hoch, obwohl es mehr als genug T4/T3 hat), dann ist das Problem bei der Hirnanhangdrüse zu suchen, anstatt bei der Schilddrüse selbst.

Jod als Spurenelement

Damit die Schilddrüse auf Anweisung durch TSH Iodid aufnehmen kann, muss in ihrer Umgebung natürlich welches vorhanden sein. Deshalb müssen Menschen (und andere Tiere) Jod-Verbindungen mit der Nahrung aufnehmen. Jod ist also ein echtes Spurenelement!

Jodmangel und seine Folgen

Fehlt uns das Jod, werden bald die Schilddrüsenhormone knapp. Die Folgen dessen sind Antriebslosigkeit, Neigung zur Gewichtszunahme, ein langsamer Herzschlag und andere Anzeichen fehlender Energie. Dazu kommt, dass der Körper aus dauerhaft fehlenden Schilddrüsenhormonen folgert: Wir brauchen mehr Schilddrüsengewebe (das solche Hormone herstellen kann)! So fängt die Schilddrüse bei lang anhaltendem Jodmangel mitunter zu wachsen an, was zu einer im Extremfall gewaltigen, “Kropf” (medizinisch: “Struma”) genannten Schwellung am Hals führen kann.

Um ein beginnendes Kropf-Wachstum frühzeitig mitzubekommen und zu stoppen, vermisst der Arzt bei Patienten mit Schilddrüsenproblemen ab und zu die Schilddrüse mit dem Ultraschall-Gerät und vergleicht die Masse mit früheren Ergebnissen.

Besonders wichtig sind die Schilddrüsenhormone und damit das Jod jedoch für Ungeborene und kleine Kinder: Bei Jodmangel (oder nicht richtig arbeitender Schilddrüse) werden sowohl das Körperwachstum als auch die Entwicklung des Gehirns massiv behindert. Die Kinder bleiben kleinwüchsig, ihre Intelligenz und geistigen Fähigkeiten sind vermindert und sie leiden am Kropf und anderen körperlichen Auffälligkeiten.

Die extremsten Folgen von Jodmangel seit der frühen Kindheit – auf medizinisch “Kretinismus” genannt – waren bis vor rund 100 Jahren hierzulande weit verbreitet. Besonders in den Bergregionen in der Schweiz und Österreichs traf man regelmässig auf Betroffene – so auch im zweisprachigen Kanton Wallis, in welchem diese tragischen Gestalten auf französisch als “Crétins des Alpes” – in etwa “Idioten der Alpen” – bezeichnet wurden (das französische Schimpfwort “crétin” für “Dumpfbacke” gibt es noch heute – hier hat es seinen Ursprung).

Warum litten so viele Bergbewohner an Jodmangel?

Jod kommt in der Natur meist in wasserlöslichen Verbindungen – genau: Salzen – vor. So kommt es, dass solche Jodverbindungen in Gegenden, in welchen es oft regnet, alsbald ausgewaschen und fortgespült wird. Und wenn kein Jod im Boden ist, können darauf wachsende Pflanzen keines aufnehmen, ebenso wenig wie die Tiere, die davon fressen. Und wir Menschen, die sich von den Pflanzen und Tieren ernähren, bekommen so erst recht wenig Jod ab.

An den Hängen grosser Gebirge regnet (und schneit) es nun besonders rege, sodass in Bergregionen besonders viel Jod ausgewaschen wird und den Bewohnern fehlt. Doch auch im Flachland und an den Meeresküsten Mitteleuropas gibt es reichlich Niederschlag, sodass selbst dort der Boden nicht genug Jod hergibt, um seine Bewohner ausreichend zu versorgen.

Wie beugt man dem Jodmangel heute vor?

Als man vor rund 100 Jahren dahinter kam, wie Kretinismus entsteht und warum so vielen Menschen an Jodmangel litten, hat man damit begonnen, Nahrungsmitteln bei der Herstellung gezielt Jod zuzufügen. Heute verwendet man dazu Salze, die das Iodat-Ion IO3 enthalten, wie das Natriumiodat NaIO3. Im Körper reagieren die Iodat-Ionen dann weiter zum benötigten Iodid (I).

Die Iodate vermischt man entweder mit Speisesalz, welches entweder direkt an die Endkunden verkauft oder bei der Herstellung anderer Produkte wie Würsten, Kartoffelchips oder Fertiggerichten verwendet wird.

Oder man gibt die Iodate in das Kraftfutter für Kühe und Hühner, sodass sich das Jod in ihrer Milch und ihren Eiern wiederfindet.

In der Schweiz tut man seit 1922 von der Regierung angeleitet beides (ebenso wie in Deutschland und Österreich) – und 100 Jahre später sind die Folgen eindrücklich: Die durchschnittliche Jod-Versorgung der Bevölkerung in der Schweiz wie auch in Deutschland liegt heute im unteren Bereich dessen, was die WHO als wünschenswert ansieht. Die “Crétins des Alpes” und entstellende Kropfleiden gibt es nicht mehr.

Zu letzterem trägt übrigens auch bei, dass Neugeborene heute in den ersten Lebenstagen auf angeborene Schilddrüsendefekte untersucht werden, sodass ein erblich bedingter Hormonmangel sofort behandelt werden kann. Da im Mittel aber nur eines von 5000 Babys mit so einem Defekt zur Welt kommt, können solche Fälle allein nicht für die einst weite Verbreitung des Kretinismus in den Alpen verantwortlich sein.

 

So könnt ihr euch selbst und eure Kinder mit genügend Jod versorgen

  • Verwendet beim Kochen jodiertes Speisesalz – in der Menge, die einen gesunden Salzhaushalt fördert (wieviel Salz gesund ist, könnt ihr hier nachlesen)
  • Wenn ihr euch vegan ernährt, achtet besonders sorgfältig auf eure Jodversorgung, da euch der wichtige Anteil der Jodzufuhr aus dem Tierfutter entgeht! Die Ovo-Lacto-Vegetarier und Fischesser unter euch haben es da einmal mehr einfacher. Denn neben Milch und Eiern ist auch Fisch aus dem Meer eine gute Jod-Quelle (ratet mal, wo das aus dem Boden ausgewaschene Jod hingespült wird…).
  • Beachtet: Als Schwangere und stillende Mütter habt einen erhöhten Jodbedarf – ihr versorgt eure Kinder schliesslich mit!
  • Lasst bei einem Verdacht auf Jodmangel die Jodversorgung bzw. Schilddrüsenwerte vom Arzt prüfen und sprecht mit ihm ab, was ihr an Nahrungsergänzungsmitteln oder Hormonen einnehmt. Der Jod- bzw. Schilddrüsenstoffwechsel ist eine sehr empfindliche Angelegenheit, sodass eine nicht genau angepasste Dosierung oder falsche Auswahl unliebsame bis fatale Folgen haben kann.

 

Jod als Notfallmittel für Atomunfälle

Natürliches versus radioaktives Jod

Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Jod-Atomkerne (man nennt solche Kerne “Isotope”: Sie haben bei gleicher Protonenzahl eine unterschiedliche Anzahl Neutronen, sodass sie alle dem gleichen Element angehören und die gleiche Chemie zeigen, obwohl sie aus unterschiedlich vielen Kernteilchen bestehen). Jedoch ist nur einer davon nicht radioaktiv, nämlich das Jod-Isotop mit 127 Kernteilchen (53 Protonen und 74 Neutronen), kurz “Jod-127”.

Deshalb kommt in der Natur auch nur dieses eine Jod-Isotop vor (alle anderen, die früh in der Geschichte des Sonnensystems entstanden sein mögen, sind längst zerfallen). In Atomreaktoren, wo fleissig Atomkerne zertrümmert und umgeformt werden, entstehen jedoch auch radioaktive Jod-Atome. Und wenn die bei einem Reaktorunfall nach draussen gelangen, kann ein menschlicher Körper die radioaktiven Isotope nicht von natürlichem Jod unterscheiden – und lagert sie in die Schilddrüse ein, sobald er ihrer habhaft wird.

Die Strahlung, die von den radioaktiven Jod-Atomen direkt in der Schilddrüse ausgeht, kann das sie umgebende Gewebe schädigen und – so nimmt man an – Erkrankungen bis zum Schilddrüsenkrebs auslösen. Tatsächlich wurde eine Zunahme an Schilddrüsenkrebs-Erkrankungen unter Kindern und Jugendlichen in naher Umgebung des verunfallten Reaktors von Tschernobyl beobachtet (mehr zu diesem schrecklichen Unfall zu meinen Lebzeiten erfahrt ihr hier).

Wie man sich vor radioaktivem Jod schützen kann

Ein Weg die eigene Schilddrüse vor radioaktivem Jod aus einem Reaktorunfall zu schützen besteht darin, im Falle eines solchen Zwischenfalls den Körper mit natürlichem Jod regelrecht zu überschwemmen – und ihn so dazu zu veranlassen, den Jod-Speicher in der Schilddrüse bis unter die Decke aufzufüllen. Wenn ihm dann radioaktives Jod unterkommt, passt dort einfach nichts mehr hinein.

Deshalb werden in der Schweiz an alle Haushalte und Arbeitsorte im Umkreis von 50km um Kernkraftwerke Jodtabletten (sie enthalten Kaliumiodid, also I-Ionen, die der Körper ohne Umwege einlagern kann) ausgegeben, die die Bewohner und Arbeitgeber vor Ort lagern und im Falle eines Unfalls sofort einnehmen können. Denn nur dafür sind sie gedacht: Die allermeisten radioaktiven Jodisotope zerfallen innerhalb von Tagen oder wenigen Wochen, sodass eine einmalige Überschwemmung mit nicht strahlendem Jod rechtzeitig nach dem Unfall in der Regel genügend Schutz bietet.

Ich habe übrigens keine Jodtabletten daheim – offenbar sind alle Atomkraftwerke weit genug entfernt, dass man uns genügend Zeit zubilligt, um im Ernstfall erst zur Apotheke zu gehen und welche zu holen. An meinem einstigen Arbeitsplatz in Uster im südöstlichen Kanton Zürich habe ich hingegen (auf der Suche nach einem Erste-Hilfe-Kasten) einige Packungen entdeckt.

 

Jod als Kontrastmittel

Einige organische Moleküle, die Jod-Atome enthalten, haben die für Mediziner nützliche Eigenschaft, dass sie Röntgenstrahlen schlucken können. Auch Körpergewebe – vor allem Knochen – besitzen solche Eigenschaften: Ein Röntgenbild entsteht, indem Röntgenstrahlen (eine energiereiche Form von Licht) durch den Körper auf einen lichtempfindlichen Film (bzw. einen entsprechenden digitalen Sensor) geschickt werden. Wenn etwas die Röntgenstrahlen auf ihrem Weg verschluckt (“absorbiert”), wirft es einen weissen Schatten auf den Film.

Wenn ein Patient ein Kontrastmittel – zum Beispiel eine jodhaltige organische Verbindung – gespritzt bekommt, gelangt sie in das Gewebe von Verdauungsorganen oder anderen Weichteilen im Körper. Dort schluckt es bei der anschliessenden Röntgenaufnahme oder einer Computertomographie (die auch mit Röntgenstrahlen gemacht wird) Strahlen, sodass die normalerweise kaum sichtbaren Organe nun deutliche Schatten werfen. Später werden die Kontrastmittel-Moleküle vom Körper selbst aufgeräumt und grösstenteils über die Niere wieder ausgeschieden.

jodhaltige Kontrastmittel

Zwei Beispiele für jodhaltige Kontrastmittel: Ähnlich wie in den Schilddrüsenhormonen sind Jod-Atome an ein Kohlenstoffgerüst gebunden (die Kohlenstoff(C-)-Atome zeichnet man der Übersicht halber nicht: jeder Winkel ohne Buchstabe steht für ein C-Atom). Und so, wie Jod-Atome von Schilddrüsenhormonen “abmontiert” werden können, können in den Prozessen im menschlichen Körper auch diese Jod-Atome abmontiert werden – und bei entsprechender Vorerkrankung zu einer regelrechten Vergiftung führen.

Nebenwirkungen jodhaltiger Kontrastmittel

Eine typische Kontrastmitteldosis kann rund 15 bis 30 Gramm Jod enthalten. Das ist im Massstab für medizinische Wirkstoffe, die der Körper zu verarbeiten hat, eine gewaltige Menge! Der eigentliche Haken daran ist aber: Die Jodatome, die an die “Benzol”-Ringe solcher Moleküle gebunden sind, können im menschlichen Körper davon abgelöst (ich vermute: durch Austausch (“Substitution”) gegen andere Atome oder Atomgruppen) werden. Das so freigesetzte Jod kann dann von der Schilddrüse aufgenommen werden – was dann zu einer gefährlichen Überladung mit Schilddrüsenhormonen führen kann, wenn der Patient eine Schilddrüsenüberfunktion hat oder sich in der Ausgangslage befindet, eine solche zu entwickeln. Deshalb sind jodhaltige Kontrastmittel für Patienten mit solchen Erkrankungen nicht – oder nur nach vorübergehender Blockade der Jodaufnahme durch die Schilddrüse – geeignet.

Ausserdem können jodhaltige Kontrastmittel – wie alle anderen grösseren körperfremden Moleküle auch – allergische Reaktionen auslösen. Wer solch eine Allergie hat, darf diese Art Kontrastmittel natürlich auch nicht verabreicht bekommen (Risikokandidaten mit anderen Allergien können vor einer unumgänglichen Kontrastmittel-Untersuchung vorsorglich allergiehemmende Mittel bekommen).

Jod als Desinfektionsmittel

Während jodhaltige Ionen in Salzen ein lebenswichtiger Nährstoff ist, hat elementares Jod, also solches, das aus I2-Molekülen besteht, geradezu gegenteilige Eigenschaften: Es ist sehr reaktionsfreudig und greift Körpergewebe und -zellen an. Aber nicht nur unsere, sondern auch die von Bakterien und anderen Krankheitserregern. Deshalb ist elementares Jod ein beliebtes Desinfektionsmittel.

Warum wirkt Jod desinfizierend?

Jod-Moleküle können im Zuge einer Redox-Reaktion einzelne Sauerstoff-Atome aus Wassermolekülen -die in Körpergewebe allgegenwärtig sind – herauslösen:

Diese Sauerstoff-Atome sind im Augenblick ihrer Freisetzung äusserst reaktionsfreudig (schliesslich fehlen ihnen je zwei Elektronen zu einem zufriedenstellenden (Edelgas-)Zustand) und greifen alles an, was ihnen in die Quere kommt, um sich irgendwie damit zu verbinden. Wenn das Kleinstlebewesen wie Bakterien sind, gehen die rasch daran zugrunde – wenn das menschliches Gewebe ist, reagiert das auf den Angriff mit Entzündungszeichen: Das Desinfizieren von Wunden mit Jod tut weh!

Was genau ist in jodhaltigen Desinfektionsmitteln drin?

Elementares Jod – ein fast schwarzer Feststoff – ist unlöslich in Wasser. Es gibt allerdings Tricks, mit deren Hilfe man Jod trotzdem mit Wasser mischen kann:

Entweder man mischt das Jod mit einer Kaliumiodid-Lösung. Die darin enthaltenen I-Ionen lagern sich mit den I2-Molekülen zusammen und bilden spezielle und wasserlösliche Ionen aus je drei Jod-Atomen (I3). Solche Lösungen werden deshalb auch “Kaliumtriiodid-Lösung” genannt und sind im Schullabor sehr beliebt.

Oder man verwendet wasserlösliche organische Kettenmoleküle, die mit Triiodid-Ionen Komplexverbindungen eingehen können. Bei Bedarf (d.h. wenn ein attraktiverer Reaktionspartner zugegen ist) können sich die I2-Moleküle aus dem Komplex bzw. dem Triiodid lösen und ihrer desinfizierenden Aufgabe nachgehen. Solche organischen Komplexe findet ihr in jodhaltigen Medikamenten: Das “Polyvidon-Jod” (kurz “Povidon-Jod”) in “Betaisodona”-Lösung oder -salbe ist einer davon.

Strukturformel Polyvidoniod

Das ist “Polyvidon-Iod” – Rechts: Der Kunststoff Polyvidon (Polyvinylpyrrolidon, PVP) besteht aus langen Kohlenwasserstoff-Ketten, die mit ringförmigen Atomgruppen besetzt sind (n und m stehen für beliebige Anzahlen solcher Kettenglieder). Links: Die Sauerstoff-Atome von je zwei benachbarten Ringen können ein positiv geladenes Wasserstoff-Ion (H+) “tragen”, an welches ein negativ geladenes I3-Ion bindet (denn entgegengesetzte Ladungen ziehen sich stets an).

 

Seiner aggressiven Wirkung auf Gewebe – vor allem auf Schleimhäute wegen – sind jodhaltige Desinfektionsmittel nur für die Anwendung “aussen”, d.h. auf der Haut bzw. zur Wundversorgung gedacht!

 

Jod als Reagenz zum Experimentieren

Im Schullabor ist der Nachweis von Stärke mit Jod (oder umgekehrt von Jod mit Stärke) sehr beliebt: Wenn man diese beiden zusammenbringt, bleiben die Jod-Moleküle nämlich in den langen Stärkeketten hängen und bilden mit ihnen eine tief blauschwarze Verbindung (Stärke ist dagegen weiss und jodhaltige Lösungen bräunlich).

Wie ihr die Stärke in Kartoffeln oder Pflanzenteilen zu Hause selbst nachweisen könnt – und zwar mit “Betaisodona” oder einem ähnlichen Desinfektionsmittel! – zeige ich euch hier in meiner Sammlung spannender Experimente mit Pflanzen.

Jod als Reagenz zum Stärkenachweis

Mit Jodlösung – zum Beispiel aus einem Desinfektionsmittel – könnt ihr Stärke in Pflanzenteilen nachweisen!

Achtung! Jod als Element ist ein Gefahrstoff!

Achtet beim Experimentieren oder Aufbewahren von Jodlösungen stets darauf, dass ihr sie nicht mit Ammoniak (Ammoniakwasser, ammoniakhaltige Reinigungsmittel, Salmiak, Salmiakgeist…) zusammenbringt! Dabei können nämlich explosive Verbindungen aus Jod und Stickstoff entstehen, die ihr sicher nicht in eurer Wohnung oder im Schulzimmer haben wollt.

Bedenkt zudem immer: Elementares Jod wirkt auf nützliche Wasserlebewesen genauso wie auf schädliche Keime und unsere Schleimhäute. Deswegen darf es nicht ins Abwasser gelangen! Bringt Reste von Experimenten mit Jod ebenso wie abgelaufene jodhaltige Desinfektionsmittel immer zur Sonderabfall-Entsorgungsstelle!

Wenn ihr im Schullabor das Salz Natriumthiosulfat (oder ein anderes passendes Reduktionsmittel) zur Hand habt, könnt ihr Reste von Jodlösungen auch damit mischen: Die I2-Moleküle reagieren damit zu I-Ionen (die braune Farbe der Lösung verschwindet dabei), die ins (Labor-)Abwasser entsorgt werden können.

 

Jod als umstrittener Stoff

Jod und Schilddrüsenüberfunktion

Bei bestimmten Schilddrüsenerkrankungen, speziell bei einer Überfunktion durch unkontrolliert hormonproduzierendes Gewebe, führt die Zufuhr von Jod zu einer Überproduktion von Hormonen, die in regelrechten Vergiftungserscheinungen münden kann: Auch deswegen ist es wichtig, die Behandlung von Schilddrüsenproblemen mit dem Arzt zu besprechen – denn der klärt die Art der Probleme ab und kann allenfalls vor solchen Schwierigkeiten warnen.

Gerne wird übrigens ein Zusammenhang zwischen entzündlichen Autoimmunerkrankungen der Schilddrüse wie Morbus Hashimoto ins Feld geführt. Ob es einen solchen gibt, konnte jedoch in klinischen Studien bislang nicht einwandfrei geklärt werden.

Gibt es eine Jodallergie?

Eine Überdosierung(!) von Jod kann generell die Bildung von Schilddrüsenhormonen beeinflussen bzw. zu allergieähnlichen Symptomen führen. Dann spricht man von einer Jod-Unverträglichkeit. Auch das ist ein Grund, weshalb eine Nahrungsergänzung mit zusätzlichen jodhaltigen Mitteln (über das Würzen mit Jodsalz und gewöhnliche Lebensmittel hinaus) sorgfältig auf den jeweiligen Körper und seinen Bedarf eingestellt werden sollte.

Aus diesem Grund wird der Zusatz von Jodsalzen zu Speisesalz und Futtermitteln nämlich so begrenzt, dass die Versorgung der Bevölkerung auf diesem Weg in der Schweiz wie auch in Deutschland bei “normaler” Ernährung im unteren Soll-Bereich liegt – sodass eine Überversorgung durch jodierte Lebensmittel praktisch nicht möglich ist.

Eine “echte” Jod-Allergie auf Kleinstmengen gibt es jedoch nicht (wie Allergien entstehen könnt ihr hier nachlesen): Sowohl I2-Moleküle als auch IO3 oder I -Ionen sind zu klein für die Wechselwirkung mit Antikörpern, die jeder Allergie zu Grunde liegt.

Allergien gegen jodhaltige organische Moleküle – wie sie zum Beispiel als Kontrastmittel eingesetzt werden – sind dagegen möglich (weil solche Moleküle wesentlich grösser sind als die der anorganischen Jodverbindungen) und bekannt.

 

Mein Fazit

Jod ist ein vielseitiges Element und in seinen Verbindungen ein für den menschlichen Körper unverzichtbares Spurenelement. Mit der Jodversorgung steht und fällt der Schilddrüsenstoffwechsel, der von grösster Bedeutung für unseren Energiehaushalt und die gesunde Entwicklung von Kindern ist.

Deshalb tun die Verantwortlichen in Ländern mit jodarmen Böden – wie der Schweiz und Deutschland – gut daran, für den Zusatz von Jod zu Speisesalz und Nahrungsmitteln zu sorgen. So kommen wir nämlich zu unserem Jod, ohne zusätzliche Kosten und Mühe mit speziellen Nahrungsergänzungsmitteln auf uns nehmen zu müssen. Zudem wird der Zusatz von Jod zu Lebensmitteln so gesteuert, dass eine Überdosierung, die zu Symptomen einer Jodunverträglichkeit führen kann, auf diesem Wege höchst unwahrscheinlich ist.

Elementares Jod hat dagegen ganz andere – aggressivere – Eigenschaften und findet deshalb als Desinfektionsmittel Verwendung, während es zur Einnahme nicht geeignet ist!

Chemie mit Globi : Rezension und Gewinnspiel zum Schweizer Vorlesetag #vorlesefieber

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

Mint&Malve veranstalten anlässlich des ersten Schweizer Vorlesetages am 23.Mai – ausgerichtet vom Schweizerischen Kinder- und Jugendmedien SIKJM – die Blogparade #vorlesefieber , bei welcher sich alles ums Vorlesen dreht. Vorlesen – das ist eine wunderbare Möglichkeit, Zeit mit (seinen) Kindern zu verbringen und sie von Anfang an beim Lernen zu unterstützen – ohne dass die Kinder etwas davon merken! Denn Vorlesen fördert Sprachkompetenz und Kreativität… und kann nebst Nähe auch noch Wissen vermitteln. Um zum Vorlesen und Zuhören zu animieren, finden an 23. Mai in der ganzen Schweiz Veranstaltungen rund ums Vorlesen statt – und hier in der virtuellen Schweiz bloggen wir fleissig zu allem, was eine schöne Vorleserunde ausmacht.

Aber wie passen denn Vorlesen und Naturwissenschaft zusammen? Kann man denn Kindern überhaupt schon so etwas wie Chemie vermitteln? Und sind Lehrbücher nicht selbst dann, wenn sie vorgelesen werden, viel zu trocken für junge Forscher?

Mitnichten! Ich war selbst positiv überrascht als ich zum ersten Mal davon las: Es gibt tatsächlich Kinderbücher, welche den jungen und jüngsten Lesern die Chemie ihrer Alltagswelt näher bringen und zum Erforschen anregen – und das ganz ohne den üblichen negativen Anstrich meines Fachs! Eines davon ist noch dazu made in Switzerland und dreht sich um einen der grössten Helden der Schweizer Kinderliteratur: Ich schreibe von “Chemie mit Globi”!

Globi forscht und entdeckt

…und seine Fans forschen und entdecken mit. In diesem Band der Reihe GlobiWissen macht der stets neugierige Globi sich daran, die Chemie in seiner alltäglichen Umgebung (schliessich ist Chemie überall und alles ist Chemie) zu erforschen. Dabei unterstützt ihn sein Freund, der Chemieprofessor Justus K. Rauch, nach Kräften. Und hinter Justus verbergen sich eine ganze Reihe kluger Chemieprofessoren und Gymnasiallehrer, die im Auftrag der Akademie der Naturwissenschaften Schweiz gründlich darauf geschaut haben, dass alles seine chemische Richtigkeit hat und verständlich ist.

So sind fast 100 farbenfrohe Seiten entstanden, auf welchen Globi und Justus ihre Welt der Stoffe und Reaktionen erkunden – die der Alltagswelt jeder Familie entspricht. Und das Beste ist: Sie verraten sogar, wie man einige ihrer Experimente nachmachen kann, sodass die Leser (bzw. Zuhörer) auch selbst mitexperimentieren können!

Zum Inhalt des Buches

Die Chemie ist ein unglaublich weites Feld, und tatsächlich geht in unserem Leben und unserer Umgebung praktisch nichts ohne sie (denn auch das Leben selbst und die Natur beruhen letztlich auf Chemie). Dementsprechend vielfältig und weit gestreut sind auch die Inhalte von “Chemie mit Globi”. Deshalb gebe ich euch eine Kurzübersicht, was ihr in diesem Buch finden könnt. Und zu fast allen Themen gibt es überdies Experimentieranleitungen zum Selberforschen!

  • Einleitung – ganz nach dem Motto von Keinsteins Kiste: Chemie ist überall – alles ist Chemie – und ein Wimmelbild-Inhaltsverzeichnis
  • Geschichte der Chemie, und ein wichtiger Sicherheitshinweis für alle folgenden Experimente
  • Atome und Elementarteilchen, Periodensystem der Elemente
  • Verbindungen: das Wassermolekül und Reaktionsgleichungen
  • Die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig und ihre Umwandlungen ineinander
  • Reinstoffe, Stoffgemische und Trennverfahren
  • Metalle, Legierungen, Edelmetalle
  • Säuren und Basen (unter anderem mit dem Versuch mit dem “nackten Ei”) und die Messung des pH-Werts (als Experiment mit Rotkohl)
  • Salze und ihre Flammenfarben, die zum Beispiel dem Feuerwerk seine Farben geben
  • Die Entstehung von Rost
  • Die verschiedenen Erscheinungsformen von Kohlenstoff, Kohlenstoff als Element des Lebens, fossile Brennstoffe
  • Düngemittel und Nährstoffkreislauf in der Natur
  • Kunststoffe aus Erdöl: Langlebigkeit, Recycling
  • Strom durch Chemie: Batterien, Recycling, Leitfähigkeit von Salzlösungen
  • Medikamente sind Chemikalien
  • Gele: Gelatine als Superabsorber, Leim und Klebstoffe
  • Hefen machen Chemie: Sie erzeugen neue Stoffe, z.B. das Gas Kohlendioxid, Gärung
  • Indigo und andere pflanzliche Farbstoffe
  • Seife und die Superwaschkraft
  • Duft- und Aromastoffe aus der Natur
  • Spurensuche dank Erbsubstanz: DNA in der Kriminaltechnik

Zu guter Letzt werden reale ChemikerInnen vorgestellt – wie sie an Universitäten und vielen anderen Betrieben arbeiten, und solche, die weltberühmt geworden sind. So ist es fast unumgänglich, dass die Lektüre Neugier geweckt hat. Und Globi wäre vermutlich nicht Globi, wenn er nicht noch Infos zur Hand hätte, wo ihr euch weitergehend über Chemie-Berufe informieren oder weiter über Chemie und Experimente nachlesen könntet.

Und dass ihr aufmerksam gelesen bzw. beim Vorlesen zugehört habt, könnt ihr auf der letzten Seite des Buches schliesslich mit Globis Chemie-Quiz beweisen.

Mein Eindruck vom Buch

Auf knapp 100 Seiten wird eine grosse Fülle von Themen und Alltags-Phänomenen, die einen vielfältigen Einblick in das unfassbar weite Feld der Chemie gewähren, vorgestellt. Dabei schauen die Autoren nicht davor, auch abstraktere Inhalte wie Elementarteilchen, Elementsymbole und Reaktionsgleichungen einzubringen.

Warum auch – schliesslich haben auch und gerade solche alltagsfremden Dinge grosses Potential, um Neugier zu wecken. So haben mich selbst schon ab 8 Jahren in meinem WasistWas-Buch über Sterne und Astronimie die Skizzen zur Kernfusion mit dem Teilchenmodell am meisten fasziniert. – Indem diese Neugier genutzt wird, wird den Kindern ein einfacher Zugang zu später oft als “schwierig” weil “abstrakt” verschrienen Inhalten ermöglicht. Nichts desto trotz bleibt die Chemie mit Globi stets leicht verständlich.

So können auch die Grossen, die kaum (noch) Ahnung von Chemie haben, beim gemeinsamen (Vor-)Lesen und Experimentieren entdecken und repetieren – und sich so für allfällige Fragen widmen. Die werden nämlich ganz sicher kommen. Denn Globi und die Chemie ist kein umfassendes Lehrbuch – es macht vielmehr neugierig und regt dazu an, sich ohne negativen Vorbehalt mit der spannenden Chemie des Alltags zu beschäftigen.

 

Eckdaten zum Buch

(*)
Chemie mit Globi – Globi forscht und entdeckt

(*)
Globi-Verlag, Imprint Orell Füssli Verlag AG, Schweiz 2011
Hardcover-Ausgabe, 96 Seiten
ISBN 978-3-85703-007-9

Fazit

Chemie vorlesen? Ja, das geht! Das Buch richtet sich zwar vornehmlich an Kinder der Primarstufe (1. bis 6. Klasse), die also schon selbst lesen können oder lernen, aber auch in diesem Alter verbindet das gemeinsame Lesen. Denn manchmal ist es einfach entspannter, jemandem zuzuhören – und diesen Jemand dann auch gleich mit Fragen eindecken zu können, als selbst zu lesen. Und ich habe schon Kindergärtler kennengelernt, die ihre Eltern mit Fragen zu “Ha-zwei-Oh” gelöchert haben (und die Eltern waren dann froh, bei mir und in Keinsteins Kiste Antworten auf so manche Frage zu finden).

Im Übrigen: Niemand ist perfekt…auch nicht Globi. So haben sich aller Umsicht und Mühe zum Trotz ein paar Fehler in diesen Band eingeschlichten. Macht aber nichts, denn der Orell Füssli Verlag bietet die korrigierten Seiten gratis zum Download an. Und wenn ihr euch schon ein wenig mit Chemie auskennt: Findet ihr den groben Fehler gleich auf dem Cover (dem Beitragsbild)? Die Auflösung und alle anderen korrigierten Seiten findet ihr hier!

Gewinnspiel: Chemie mit Globi für euch

Wenn ihr nun neugierig seid und die Chemie mit Globi erforschen möchtet, habe ich noch ein besonderes Schmankerl für euch: Der Orell Füssli Verlag stellt mir ein Exemplar von “Chemie mit Globi”, das ich unter euch verlosen darf! Herzlichen Dank dafür!

Wie ihr am Gewinnspiel teilnehmen könnt

Zur Teilnahme kommentiert diesen Beitrag mit gültiger E-Mail-Adresse (die brauche ich, um euch über euren Gewinn benachrichtigen zu können!) und schreibt, welche Alltagsbeobachtung euch besonders neugierig auf Chemie, Physik und Co macht, oder was euch mit Globi verbindet.

Teilnahmebedingungen

  • Das Gewinnspiel wird von Keinsteins Kiste in Zusammenarbeit mit dem Orell Füssli Verlag veranstaltet. Vielen Dank für die Bereitstellung und den Versand des Preises!
  • Das Gewinnspiel startet am 15. Mai 2018 und endet am 31. Mai 2018 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!).
  • Ihr müsst eine Post-Adresse in der Schweiz, Deutschland oder Österreich haben, an welche der Gewinnpreis versandt werden kann.
  • Gewinnpreis ist ein Exemplar des Buches “Chemie mit Globi”.
  • 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. Dabei wird er darum gebeten, der Weitergabe seiner Postadresse an den Orell Füssli Verlag zuzustimmen, damit der Gewinn direkt vom Verlag versandt werden kann.
  • Die Gewinne gelten auf den Namen der teilnehmenden Person und sind nicht auf Drittpersonen übertragbar. 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 eines Monats 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.

Und nun wünsche ich euch viel Spass beim (Vor-)Lesen, Forschen, Experimentieren und Mitspielen!

Deko im Frühling mit Superabsorber

Es ist die Zeit der Hasen, Küken Blumen…. Wie wäre es mit einer Osterdeko im Forscher-Stil – die gleich noch ein Experiment beinhaltet? Und (nicht nur) im Frühling jedes Heim-Labor verschönert? Ich habe ein tolles Gadget gefunden, das nicht nur eine besondere Sicht auf das Leben von Pflanzen gewährt, sondern auch eine verblüffende Eigenschaft von bestimmten Riesenmolekülen offenbart: Superabsorber!

Ich habe das Material für das Experiment aus eigenem Antrieb beschafft. Für die Idee dazu danke ich Marion Rotter vom Luxury Lifestyle Magazine, in welchem diese spannende Frühlingsdekoration auch einen Platz finden wird.

 

Superabsorber statt Pflanzenerde für Zwiebelblumen

Hydroperlen aus Superabsorbern sind ganz besondere Kunststoffgebilde, die unglaubliche Mengen Wasser speichern und wieder abgeben können. Dabei sind sie durchsichtig und nach Wunsch bunt. So geben sie nicht nur einen praktischen Ersatz für Pflanzenerde ab (das kann z.B. Blähton für die Hydrokultur auch), sondern gewähren, wenn man sie in gläsernen Blumentöpfen verwendet, einen spannenden Blick auf das Wurzelwerk der Pflanzen.

Und da Zwiebelblumen sich besonders leicht ein- und umsetzen lassen, bietet der Frühling die ideale Gelegenheit zum Experimentieren mit Superabsorbern!

 

Ihr braucht dazu

  • Glasgefässe mit weiter Öffnung: Für den Labor-Stil können das zweckentfremdete Behälter sein, wie mein Honigglas, mein Einmachglas oder der Glaszylinder aus meinem Windlicht. Auch ein Labor-Becherglas eignet sich natürlich.
  • Zwiebelblumen, die idealerweise schon ein wenig ausgetrieben haben
  • Superabsorber: Die gibt es als “Hydrokristalle” oder “Hydroperlen” für kleines Geld in verschiedenen Shops für Krimskrams, Gadgets oder Geschenkartikel (meine Bezugsquelle hat mich letztlich nicht zu einer Erwähnung überzeugt, da sie stark verspätet und erst nach meiner Nachfrage geliefert und mich überdies trotz meiner Nicht-Zustimmung mit einer ganzen Flut von Newslettern zugeschüttet haben).
  • Leitungswasser, ein Lavabo bzw. Spülbecken zum Reinigen von Pflanzenwurzeln
  • Ein paar Stunden Zeit für viele Tage Freude

Material : Zwiebelpflanzen, Hydroperlen, leere Gläser

Wie ihr eure gläsernen Topfpflanzen setzt

Zunächst müsst ihr die Superabsorber in Wasser ziehen lassen, damit sie sich ordentlich voll saugen. Das dauert ein paar Stunden, sodass es sich anbietet, sie über Nacht ziehen zu lassen. Eine Anleitung dazu liegt normalerweise der Verpackung der Hydrokristalle oder Hydroperlen bei. So bin ich mit meinen vorgegangen:

  • Schätzt ab, wieviele (Milli)Liter Wasser in die Gefässe passen würden, die ihr bepflanzen wollt. Entnehmt der Verpackung so viele Perlen bzw. Kristalle, wie ihr laut Angaben auf der Packung für dieses Volumen braucht. Achtung! Das sieht nach verdammt wenig aus, aber das passt schon: Ihr habt die grosse Überraschung ja noch vor euch!

    Hydroperlen bzw. Hydrokristalle für etwa 600ml Wasser

    Das sind genug Hydroperlen für die zwei Gläser oder insgesamt 600 Milliliter Wasser!

  • Verteilt die Hydroperlen bzw. Hydrokristalle auf die leeren Gefässe entsprechend ihrer Grösse. Dann füllt die Gefässe mit Wasser auf.

    Hydroperlen bzw. Hydrokristalle in Wasser

    Die Hydroperlen in den Gläsern, gleich nach dem Auffüllen mit Wasser. Und wirklich: Das genügt!

  • Stellt die Gefässe dorthin, wo sie nicht stören und deckt sie ggfs. gegen Staub ab (z.B. Deckel lose auflegen). Schaut in den nächsten Minuten bzw. Stunden immer mal wieder nach den Gläsern: Schon in den ersten Minuten werden die Perlen/Kristalle merklich wachsen und dabei zunehmend durchsichtiger erscheinen.

    Superabsorber in Aktion: Hydroperlen trocken und nach einer Nacht im Wasser

    Nach einer Nacht: So gross sind die Perlen geworden!

  • Nach einer Nacht sind meine Perlen von ursprünglich rund 2 mm im Durchmesser auf sage und schreibe 12 mm angewachsen und füllen die Gläser fast vollständig! Wenn es bei euch so weit ist, giesst das übrige Wasser ab.

    Superabsorber: Hydroperlen bzw. Hydrokristalle nach einer Nacht in Wasser

    Am nächsten Morgen: Die Hydroperlen sind über Nacht gewachsen und haben fast alles Wasser aufgesogen!

Jetzt könnt ihr mit dem Bepflanzen beginnen.

  • Wenn ihr bereits ausgetriebene Blumenzwiebeln umsetzt: Nehmt die Zwiebeln aus dem Topf und befreit die Wurzeln vorsichtig von der Erde (die könnt ihr zum Gärtnern aufheben). Spült die Wurzeln dann gründlich unter fliessendem Wasser, bis sie blitzsauber sind.
  • Nehmt einen Teil der Hydroperlen bzw. Hydrokristalle aus eurem Pflanzgefäss, legt sie in einem anderen Behälter beiseite (die Perlen sind jetzt elastisch wie Gummibälle – passt auf, dass sie euch nicht davonspringen!).
  • Platziert die Zwiebel mit den Wurzeln nach unten im Gefäss und füllt die Zwischenräume zwischen den Wurzeln behutsam mit den beiseite gelegten Perlen bzw. Kristallen auf (die Superabsorber gehen nicht so leicht kaputt, die Pflanzenwurzeln können dagegen recht empfindlich sein).

    Zwiebelblumen in Hydroperlen: Frühlings-Deko im Labor-Style

    Fertig! Jetzt heisst es geduldig warten!

  • Wenn die Zwiebel stabil untergebracht ist, platziert das Gefäss an einem hellen, nicht zu warmen Ort (wenn es nicht mehr friert auch draussen). Zwiebelblumen wie Krokusse, Narzissen und andere Frühlingsblüher sind für kühles Frühlingswetter geschaffen und welken bei zu hoher Raumtemperatur schnell.
  • Freut euch die nächsten Wochen an eurer Forscher-Frühlingsdeko und beobachtet die Pflanze und ihre Wurzeln beim Wachsen! Die Hydroperlen oder -kristalle werden mit der Zeit wieder schrumpfen, wenn das Wasser verdunstet oder die Pflanze davon trinkt. Insgesamt sollten die Pflanzen aber bis zu zwei Wochen ohne Giessen auskommen! Danach giesst einfach etwas Wasser nach, und die Superabsorber sollten wieder aufgehen.

 

Was passiert da?

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Was genau sind eigentlich Superabsorber?

Superabsorber sind riesige Moleküle, sogenannte Polymere. Das sind lange Ketten aus sich immer wiederholenden kleinen Atomgruppen, die bei der Herstellung der Polymere miteinander verbunden werden. Was wir als “Plastik” oder “Kunststoff” bezeichnen, besteht aus solchen Riesen-Kettenmolekülen. Doch auch die Natur hält verschiedenste Polymere bereit, wie Proteine, Stärke, Zellulose oder unsere DNA.

Die Superabsorber unter den Polymeren haben zwei besondere Eigenschaften:

  1. Die langen Kettenmoleküle sind über Querstreben aus weiteren Atomgruppen miteinander vernetzt. Das Ergebnis ist ein regelrechter Molekül-Schwamm, dessen Poren in der Grössenordnung von einigen Atomdurchmessern liegen. Das bedeutet, eine Hydroperle bzw. ein Hydrokristall ist im Grunde genommen ein einziges gigantisches Molekül – so gross, dass wir es sehen und anfassen können!
  2. Die Atomgruppen, aus welchen die Superabsorber-Polymere bestehen, sind so gestaltet, dass sie und Wassermoleküle einander anziehen: Chemiker sagen, die Atomgruppen sind “hydrophil” – sie mögen Wasser. Wie Atomgruppen aussehen müssen, die Wasser mögen, und wie die gegenseitige Anziehung funktioniert, habe ich im Artikel über Tenside genauer beschrieben.

Kurz gesagt: Zu den wasserfreundlichsten Kohlenstoffverbindungen (zu diesen zählen die meisten Kunststoffe) gehören solche, die elektrische Ladungen tragen, also Ionen sind. Deshalb tragen die riesigen Superabsorber-Moleküle eine Unzahl an negativen Ladungen auf ihrem Netz aus Atomketten. Die wiederum ziehen nicht nur Wasser an, sondern auch positiv geladene Metall-Ionen. Mit solchen gehen die negativ geladenen Atomgruppen des Molekül-Schwamms Ionen-Bindungen ein – wie die Natrium- und Chlorid-Ionen in einem Kochsalzkristall!

Woraus meine (und höchstwahrscheinlich auch eure) Hydroperlen bestehen

Superabsorber sind also riesige Molekül-Netze, die aus zahllosen kleinen Carbonsäure-Gruppen (sehr häufige Monomere sind Acrylsäure bzw. ihre stickstoffhaltige Variante Acrylamid*, aus denen auch meine Hydroperlen bestehen) zusammengesetzt sind. In trockenem Zustand werden die Ladungen durch in den Maschen gebundene Natrium (Na+)-Ionen ausgeglichen, sodass das Netz sich auf sehr engem Raum dicht zusammenpacken lässt. So fühlen sich die trockenen, winzigen Hydroperlen hart und massiv an. Tatsächlich kann man sagen: Ein (trockener) Superabsorber ist sowohl ein Polymer als auch ein Salz!

*Wenn der Begriff “Acrylamid” bei euch die Alarmglocken klingeln lässt: In verketteter Form, also als Polyacrylamid bzw. “Polyamid” ist diese Verbindung absolut nicht giftig!

Wie funktionieren Superabsorber?

Wenn ihr trockene Hydroperlen oder Hydrokristalle in Wasser legt, passiert mit ihnen das selbe, was auch mit meinem nackten Ei (ein weiteres spannendes Oster-Experiment!) passiert ist: Die Ionen im Inneren des Molekül-Schwamms streben danach, sich mit Wassermolekülen zu mischen und mit ihnen zu wechselwirken. Dabei sind zunächst im Schwamm viele Ionen zwischen wenigen bis gar keinen Wassermolekülen, während das Wasser draussen nur wenige Ionen enthält – und die Natur verlang danach, diesen Unterschied auszugleichen: Physiker nennen dieses Verlangen “osmotischer Druck”.

Mit Osmose zum Gel

Dem osmotischen Druck folgend dringen die Wassermoleküle rasch in den Molekül-Schwamm ein. Dort umlagern sie die Natrium-Ionen, welche sich daraufhin vom Molekül-Netz lösen, und die Anionengruppen. Letztere bleiben allerdings fest mit den Kohlenstoff-Maschen des Polymers verbunden, sodass der Schwamm selbst sich nicht auflöst. Dabei stossen sich die negativen Ladungen, die nicht länger von Natriumionen aufgehoben werden, gegenseitig ab und treiben das anfangs eng gepackte Netz immer weiter auseinander.

Das Ergebnis ist ein riesiges Schwamm-Molekül, in dessen wachsenden Poren Wassermoleküle regelrecht kleben, während es immer mehr Raum einnimmt. Solch ein Gebilde, das weder wirklich ein Feststoff noch wirklich in Wasser gelöst ist, nennen die Physiker ein Hydrogel. Damit die Hydroperlen für eure Topfpflanzen bei all dem aber nicht völlig aus dem Leim gehen, ist ihre Oberfläche von einem zusätzlichen Polymer-Netz umgeben, das sich nur begrenzt ausdehnt und so dafür sorgt, dass die Perlen ihre Form behalten und so lustig herumspringen können.

Wo finden Superabsorber sonst noch Verwendung?

Ihrer Supersaugkraft wegen werden Superabsorber auch in Babywindeln eingebaut, damit Babys Popo auch die ganze Nacht trocken bleibt (ebenso saugen sie wirksam die Folgen einer Blasenschwäche auf). Dabei wird auf die formgebende Aussenhülle verzichtet, denn die Windel selbst hält ja alles an Ort und Stelle. Was passiert, wenn man Superabsorber ohne begrenzende Hülle mit Wasser tränkt, zeigen die Simple Chemics hier sehr eindrücklich:


Da kann man bestimmt auch Pflanzen hinein setzen, aber man sieht dabei auch nicht mehr als in richtiger Erde. Ausserdem haben die springenden Gelbällchen es mir wirklich angetan. Man kann damit wunderbar herumspielen!

Indem man kleine Superabsorber-Körner mit Erde mischt, wird zudem Blumenerde hergestellt, die auch ohne den “Labor-Look” besonders viel Wasser speichern kann.

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Entsorgung

Polyacrylsäure und Polyamid sind nicht giftig. Polyacrylsäure wird sogar als Grundstoff für Medikamente und Kosmetik wie Gels zum Auftragen oder Augentropfen als Tränenersatz verwendet. Deshalb machen sie auch bei der Entsorgung keine Umstände.

Die Hydroperlen oder Hydrokristalle können immer wiederverwendet werden – es ist nicht nötig, sie nach einmaliger Benutzung wegzuwerfen! Falls ihr sie doch irgendwann nicht mehr braucht, können sie in den Restmüll gegeben werden. Blumenzwiebeln könnt ihr bis im Herbst in den Garten oder auf den Balkon auspflanzen. Welke Pflanzenteile können ganz normal auf den Kompost oder in den Bioabfall.

Und wir sieht eure – vielleicht auch ungewöhnliche – Frühlings- oder Osterdekoration aus?