Beiträge

Grosse Jubiläums-Blogparade: Mein Lieblings-Experiment

Ganze 5 Jahre ist es nun her, dass Keinsteins Kiste das Licht der Welt erblickt hat. Fünf Jahre! Das ist ein halbes Jahrzehnt! Dieses “kleine” Jubiläum möchte ich mit euch allen feiern – und mit euren Experimenten in einer Blogparade.

Da dieses Jubiläums-Jahr auch hinsichtlich des Weltgeschehens ein ganz besonderes ist (C. sei’s gedankt…), ist “Mein Lieblings-Experiment” dieses Jahr das perfekte Motto. Denn nachdem mir genau diese Blogparade letztes Jahr aufgrund bombiger Auftragslage im Job und eigenen Ferienplänen völlig versandet ist, ist die Lage dieses Jahr eine völlig andere:

In kaum einem Jahr hatten wir so viel Gelegenheit – und werden sie noch haben – zu Hause zu experimentieren, zu lernen und zu entdecken. Monate des Heimlernens liegen hinter uns, Sommerferien mit eingeschränkten Reisemöglichkeiten vor uns. Das ist die Gelegenheit, euer Lieblings-Experiment zu finden – oder uns zu zeigen, was ihr schon gefunden habt!

Letztes Jahr hat es trotz allem einen Beitrag zur Parade von Anne Nühm alias “breakpoint” gegeben. Der soll nun hier seine Würdigung als erster Beitrag zur Neuauflage finden.

Und da auch mein Sommer vor allem zu Hause stattfinden wird, lasse ich diese Auflage der Blogparade auch ganz bestimmt nicht mehr versanden. Versprochen.

Fünf Jahre Keinsteins Kiste

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

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

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

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

Wozu Keinsteins Kiste? Um Chemie und anderen Naturwissenschaften ein positives Gesicht zu geben!

Nichts desto trotz arbeite ich mit Kindern, und habe dabei schnell festgestellt, dass es nichts wunderbareres gibt als die kindliche Neugier. Physik (und Chemie und…) ist schliesslich, wo man spielt.

Und diese Neugier ist ein grossartiger Ansatzpunkt, um mein grosses Ziel zu verfolgen: Der Naturwissenschaft im Allgemeinen und der Chemie in Besonderen in euren Köpfen ein besseres Ansehen zu verschaffen!

Die Welt ist nämlich voll von “Fake-News”, Fehlinformationen und teils gefährlichen Irrlehren, die viel zu oft auf fruchtbaren Boden stossen. Und solch “fruchtbarer Boden” entsteht, wenn junge Menschen die Fächer, in welchen sie lernen können, wie die Welt funktioniert und wie sie selbst diese Funktionsweisen ergründen können, als “zu schwierig”, “abstrakt”, “realitätsfern” oder gar “unwichtig” erleben. Dann nämlich verlassen sie ihre Schulen oft ohne ein grundlegendes Verständnis für die Natur der Dinge – und sind entsprechend anfällig für jeglichen Unsinn, der darüber verbreitet wird.

Je früher jedoch Neugier und Freude an der Erforschung der Welt geweckt werden, desto grösser sehe ich auch die Chance, dass die Aufmerksamkeit für und die Freude an naturwissenschaftlichen Zusammenhängen erhalten bleibt und Chemie und Co in den Augen einstmaliger Jungforscher ihr gutartiges Gesicht behalten.

Chemie ist nämlich überall und alles ist Chemie. So tut ihr gut daran im Gedächtnis zu behalten, dass sie eben nur manchmal gefährlich, aber immer spannend ist!

Experimente wecken Spass und Neugier – nicht nur bei kleinen Forschern

Die eindrücklichste und zugleich spassigste Art und Weise, Naturwissenschaften zu lernen, ist, selbst zu experimentieren und zu forschen. So habe ich – besonders in den letzten drei Jahren – mehr und mehr Experimente in Keinsteins Kiste einfliessen lassen, die ihr zu Hause oder in jedem beliebigen Klassenzimmer selbst machen könnt.

Und damit auch naturwissenschaftlich nicht “vorbelastete” Eltern und Lehrer ihren Kindern die unvermeidlichen Fragen junger Forscher beantworten können (allen voran “Wie funktioniert das bloss?”), liefere ich zu jeder Anleitung auch eine ausführliche Erklärung dessen, was hinter den spannenden Beobachtungen steckt.

So können Klein und Gross beim Experimentieren etwas lernen. Aber damit nicht genug: Ihr Grossen könnt euer naturwissenschaftliches Wissen auch direkt in eurem Alltag gebrauchen! Wie? Das könnt ihr in den gesammelten Haushalts– und Gesundheitstipps in der Keinsteins Kiste lernen.

So ist der Blog nun schon seit zwei Jahren offiziell gefüllt mit “Natur und Wissenschaft für die ganze Familie”.

Grosse Sommer-Blogparade zum Geburtstag

Doch nun könnt ihr in der Blogparade selbst mitfeiern und -forschen!

Thema der Blogparade: Mein Lieblings-Experiment!

Experimente mit Aha-Effekt

Denn die Freude an Naturwissenschaft beginnt oft mit einem besonders eindrücklichen Experiment, das einen regelrechten Aha-Effekt auslöst.

So war es zumindest bei mir: In der siebten Klasse bin ich erstmals der Schmelzwärme begegnet – einem Konzept, das mir bis dahin völlig unbekannt war. Und mit dieser einschneidenden Veränderung meines Weltbildes hatte ich mein Herz unrettbar an die Chemie verloren (und das, obwohl sich die Physiker mit den Chemiker um die Einordnung dieses Konzeptes streiten könnten!).

Die ganze Geschichte von diesem Aha-Erlebnis erfahrt ihr hier, und natürlich gibt es auch eine Anleitung für das Experiment zum Nachmachen!

Vielleicht kehrt eure Leidenschaft auch immer wieder zu dem einen Experiment zurück?

Experimente, die euch nicht loslassen

Ich habe zum Beispiel bei jeder sich bietenden Gelegenheit Eisensulfid aus den Elementen Eisen und Schwefel hergestellt (das Teufelchen in mir spielt immer wieder gern mit Schwefel herum…). Da das eine ziemlich stinkige Angelegenheit ist, müssen dafür besondere Anforderungen an die Umgebung erfüllt sein, weshalb es das Experiment (noch) nicht in Keinsteins Kiste gibt.

Experimente, bei welchen ihr (bislang?) nur zugeschaut habt

Oder habt ihr euch bislang noch nicht selbst getraut, zu experimentieren, aber andere dabei beobachtet? Sei es der Lehrer in der Schule, der Dozent in der Uni, oder ein Show-Experimentator auf der Bühne? Welches Schau-Experiment hat euch besonders beeindruckt – vielleicht gar so sehr, dass ihr es gerne einmal selbst versuchen würdet – oder eben gerade nicht?

Im Rahmen der Lehrerausbildung hat uns unser Dozent ein wahrhaft beeindruckendes Demonstrations-Experiment gezeigt: Die Thermit-Reaktion!

Thermit-Versuch für die Schule: Die Reaktion findet im Blumentopf statt, glühendes flüssiges Eisen tropft unten heraus!

Hier bei wird Eisen(III)oxid mit Aluminium-Pulver zur Reaktion gebracht, wobei Temperaturen bis gut 2000°C entstehen! Mit grossem Getöse und Leuchtspektakel entsteht dabei flüssiges(!) metallisches Eisen. Deshalb nutzen Eisenbahner diese Reaktion, um frisch verlegte Schienen zusammen zu “schweissen”. Der sehr grossen Brandgefahr wegen sollte ein solches Experiment immer ausserhalb des Schulhauses (z.B. auf dem asphaltierten Schulhof) gemacht werden.

Später habe ich dann für einige Zeit an der Berufsschule in Arth-Goldau unterrichtet und dort in der Chemikaliensammlung eine fertige Thermit-Mischung gefunden. Natürlich habe ich die ausprobieren müssen – aber leider habe ich es nicht fertig gebracht, das Ganze zu zünden (das ist nämlich – zum Glück – ohne einen speziellen Thermit-Zünder kaum zu bewerkstelligen). Die Enttäuschung bei mir und den extra auf den Hof geführten Schülern war entsprechend gross.

Aber wenn ich noch einmal die Gelegenheit bekäme, Thermit zu zünden, wäre ich sofort dabei.

Experimente in der Forschung

Oder seid ihr sogar selber Forscher (gewesen)?

In der Forschung müssen Wissenschaftler ihre Experimente immer wieder und wieder durchführen und immer das Gleiche beobachten, bevor sie ein belastbares (weil wiederholt beobachtbares) Ergebnis veröffentlichen können. Auch ich kann ein Lied davon singen.

Besonders aufregend wird das Ganze dann, wenn ein Experiment tatsächlich immer das gleiche Ergebnis liefert – und wenn andere Forscher, die den Versuch nachmachen, dieses Ergebnis ebenfalls beobachten. Dann hat man nämlich etwas gefunden, was den allgemeinen Wissenstand wirklich erweitern könnte!

Habt ihr als Forscher selbst einmal so ein eindrückliches Experiment gemacht?

Was ihr zur Blogparade wissen müsst:

Experimentiert ihr gerne – zu Hause, in der Schule oder sogar an eurem eigenen Forscher-Arbeitsplatz? Schaut ihr euch spannende Experimente lieber an? Oder würdet ihr gerne auch selbst experimentieren?

Mit dieser Blogparade möchte ich euch alle – ganz gleich welchen Bezug ihr zum Experimentieren habt – zum Mitmachen einladen:

Beschreibt in einem Blogartikel euer Lieblings-Experiment!

Erzählt, schreibt, fotografiert, filmt oder wie auch immer ihr euch ausdrückt von eurem Erlebnis beim Experimentieren oder Zusehen: Was beeindruckt euch besonders, und warum ist dies euer Lieblings-Experiment?

Und wenn ihr selbst experimentiert, habt ihr vielleicht auch eine Anleitung dazu? Und wenn ihr ganz versiert seid und die Beobachtung sogar erklären könnt, wäre das natürlich Spitzenklasse – aber nicht notwendig.

Bei Bedarf helfe ich beim Erklären auch gerne aus.

Veröffentlicht den Artikel bis zum 13. September 2020 auf eurem Blog bzw. Kanal, verlinkt darin auf diesen Artikel und postet den Link dazu hier in die Kommentare. So kann ich sie über meine Kanäle teilen und zum Abschluss in einer Zusammenfassung würdigen.

Ihr möchtet gerne ein Experiment vorstellen und habt keinen eigenen Blog? Dann könnt ihr euren Beitrag gerne als Gastbeitrag in Keinsteins Kiste einreichen!

Ganz besonders würde ich mich freuen, wenn ihr anderen von dieser Blogparade “erzählt”, sodass möglichst viele die Chance haben, mit zu forschen!

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

Eure Kathi Keinstein

Experiment: Recycling selbst gemacht - HDPE

In Deutschland wurden in meinen Kindertagen die “gelbe Tonne” und der “grüne Punkt” auf Kunststoff-Verpackungen eingeführt. Das Ziel: Plastikabfälle sollen vom Restmüll getrennt gesammelt werden, damit man sie recyceln kann. Hier in der Schweiz ist man leider bis heute nicht so weit – wenn wir von dem flächendeckenden Recycling-Kreislauf für PET*-Getränkeflaschen einmal absehen. HDPE und andere landen hierzlande dagegen in der Müllverbrennungsanlage.

*Eine Übersicht über die gängigsten Kunststoff-Arten und der gebräuchlichen Abkürzungen findet ihr hier!

Aber wie funktioniert Kunststoff-Recycling eigentlich? Wie kann man aus alten Plastik-Gegenständen neue herstellen?

Leicht recycelbar: Thermoplaste

Einige Kunststoffe, darunter die im Alltag am weitesten Verbreiteten, haben eine spannende Eigenschaft, die das Wiederverwenden einfach macht: Wenn man sie erhitzt, werden sie formbar – und kühlen sie ab, werden sie erneut fest! Solche Kunststoffe werden von den Fachleuten “Thermoplaste” genannt. Und nicht nur das – einzelne Kunststoffteile lassen sich in ihrem formbaren Zustand sogar mit anderen verschmelzen!

Wenn die Temperatur, ab welcher ein Kunststoff formbar (“plastisch”) wird, ausreichend weit unterhalb jener Temperatur liegt, bei welcher die Riesen-Kettenmoleküle im Kunststoff zerstört werden, lässt sich diese Eigenschaft für das Recycling nutzen. Nicht mehr benötigte Kunststoff-Gegenstände können erhitzt, neu geformt und zu neuen Gegenständen verschmolzen werden.

Experiment: Recycelt euren eigenen Thermoplast

Das könnt ihr sogar selbst ausprobieren! Sehr gut eignet sich dafür Polyethylen (PE), genauer gesagt HDPE, die Polyethylen-Spielart mit Hoher Dichte. Aus diesem Material bestehen die meisten Flaschen für Shampoo und andere Hygieneprodukte. Das Recycling-Dreieck aus drei Pfeilen mit der Ziffer 2 und dem Kürzel “HDPE” oder “PE-HD” verraten euch, dass eine Flasche wirklich aus diesem Material besteht.

Recycling-Symbol für HDPE (via Wikimedia Commons, User : Tomia / CC BY-2.5 )

Ihr könnt also aus leeren Shampoo-Flaschen ganz einfach neue Gegenstände herstellen – zum Beispiel Deko-Anhänger für den Weihnachtsbaum, Osterstrauch oder sonstige Anlässe.

Ihr braucht dazu

  • Leere Flasche(n) aus HDPE (eine Shampoo-Flasche reicht für bis zu vier Anhänger)
  • Ausstechformen für Plätzchen aus Metall (einfache Formen, sonst wird es sehr kniffelig)
  • Alufolie
  • Etwas Pflanzenöl
  • Küchenschere
  • Elektro-Herdplatte (KEIN Induktionsherd! Dunstabzug empfohlen!)
  • Einen Kochtopf
  • Greifzange (vom Grill, Tiegelzange o.Ä.)
Material zum Umschmelzen von HDPE
Die linke, feinstrukturierte Ausstechform habe ich schnell aufgegeben: Die kleinen Nischen lassen sich kaum mit Folie auskleiden, ohne dass diese reisst. Die rechte hat dafür gute Dienste geleistet.

So geht’s

  • Säubert die leere Flasche sorgfältig. Schneidet das obere und unter Ende – am besten über einem Waschbecken – ab. Wenn sich dabei weitere Reste des Inhalts zeigen, reinigt die Teile noch einmal gründlich.
  • Schneidet die Flasche in möglichst feine Schnitzel. Ich habe dazu die Seitenwände in grössere Stücke zerteilt und diese zunächst streifenartig eingeschnitten. Dann habe ich senkrecht zu den Einschnitten schmale “Streifen” abgetrennt (wie ein Coiffeur beim Haareschneiden). Das Ergebnis: HDPE-Flocken von etwa 2x2mm Grösse.
Schritt für Schritt von der HDPE-Flasche zu kleinen Flocken
Von der leeren Shampoo-Flasche zu kleinen Flocken
  • Kleidet eine Ausstechform mit Alufolie aus. Achtet darauf, dass die Folie die Form innen vollständig und bis zum Boden bedeckt. So kann euer Werkstück die Form des Ausstechers ganz übernehmen. Achtet aber darauf, dass keine Risse oder Löcher entstehen! (Dieser Schritt kann bei zu filigranen Ausstechformen sehr kniffelig werden.)
Ausstechform mit Alufolie von oben und unten
  • Bestreicht die Innenseite dieser selbstgemachten Aluschale mit etwas Öl, so als wolltet ihr darin einen Kuchen backen.
  • Füllt eine dichte Schicht eurer PE-Flocken in die Form. Achtet darauf, dass die Flocken jeden Winkel der Form dicht ausfüllen.
Ausstechform als Aluschale, gefüllt mit HDPE-Flocken
So ist die Form gut gefüllt: Der Boden ist nicht mehr zu sehen, die Flockenschicht ca. 3mm dick.
  • Stellt die Form in den leeren Kochtopf und stellt diesen leer (bis auf die Alu-Form(en)) auf den Herd.
  • Schaltet die Herdplatte für 8 bis 10 Minuten auf niedrige bis mittlere Stufe. Behaltet das Experiment unbedingt im Auge und schaltet wenn möglich den Dunstabzug ein! Sollte sich Geruch nach schmorendem Plastik oder gar Rauch zeigen, nehmt den Topf sofort vom Herd!
  • Nach gegebener Zeit, bzw. wenn die Flocken aneinanderbacken, nehmt den Topf vom Herd und lasst die Formen abkühlen. Vorsicht, heiss: Wenn ihr sie dazu aus dem Topf nehmen wollt, benutzt dazu die Zange!
  • Nehmt das abgekühle Werkstück samit Aluminium aus der Form. Die Folie sollte sich ganz leicht abschälen lassen. Dann könnt ihr mit Wasser und Seife das Öl abwaschen.
Fertige HDPE-Blume noch in der Alu-Form
Oops! Die braune Färbung zeigt: Das ist wohl etwas zu heiss geworden. Ausserdem ist bei diesem ersten Versuch Rauch entstanden und Reto hat sich über den Geruch nach schmorendem Plastik beschwert. Die Notkühlung mit Wasser hat dieses Stück aber noch retten können.

Notfall-Tipp: Wenn das Experiment zu stinken oder gar zu rauchen beginnt, droht der Kunststoff zu verschmoren. Um das Schlimmste zu verhindern, könnt ihr die Temperatur der Werkstücke sehr schnell senken, indem ihr kaltes Wasser einige Millimeter hoch in den Topf laufen lasst. Zischen und Dampfen ist dabei ein Zeichen für Energieverbrauch – und damit für die sinkende Temperatur.

Rückseite der gebräunten HDPE-Blume mit Alu-Resten
Die Rückseite des überhitzten Stücks, nachdem ich die Aluminiumfolie (ohne Öl!) mühsam mit einem Küchenmesser abgekratzt habe: Trotz Überhitzung hält der Kunststoff so fest zusammen, dass diese Blume nicht einmal bei der Kratzerei kaputt ging!

Was ihr beobachten könnt

Beim Erhitzen werden die Kunststofffocken dicker, beginnen zu glänzen und ihre Kanten werden weicher. Sie sehen aus wie Käse, der im Begriff ist zu schmelzen. Die dicht übereinander geschichteten Flocken verschmelzen dabei sogar miteinander. Wenn ihr die Flocken nun mit der Greifzange antippt, könnt ihr feststellen: Sie sind weich und nachgiebig – ganz wie schmelzender Käse.

Nachdem das Werkstück abgekühlt ist, ist der Kunststoff so hart wie zuvor, aber: Die Flocken haben sich zu einem einzigen Werkstück verbunden. Und zwar so fest, dass dieses sich problemlos mit einer Bürste reinigen lässt!

HDPE-Blume ohne Bräunung
Es geht auch ohne Bräunung! An der geölten Alufolie beim zweiten Versuch hat nichts mehr geklebt – nur ein paar Flocken mehr hätten es sein dürfen – für einen saubereren Rand.

Wenn euch das Ganze jetzt bekannt vorkommt: Genau, Bügelperlen funktionieren auf die gleiche Weise!  Die bestehen in der Regel auch aus Polyethylen, wenn auch aus LDPE.


Was passiert da?

Wie sind Thermoplaste aufgebaut?

Was wir im Alltag allgemein “Kunststoff” oder “Plastik” nennen, sind in aller Regel Stoffe, die aus langen Molekülketten aus sich wiederholenden Gliedern bestehen. Die Chemiker nennen diese Stoffe deshalb “Polymere”. Die Moleküle von thermoplastischen Kunststoffen sind tatsächlich ganz einfache Ketten oder “Fäden” ohne Verzweigungen, die mehr oder weniger wirr miteinander verknäuelt sind.

Ausschnitt aus einer Polyethylen-Kette als Kalottenmodell: Dieser Molekül-“Faden” besteht aus Kohlenstoff- (schwarz) und Wasserstoff- (weiss) Atomen.

Amorphe Thermoplaste

Ähnlich wie ein Haufen verworrene Wolle bildet dieses Gewirr einen einzigen Körper, den wir sehen und anfassen können. Denn so wie die rauhen Oberflächen der Wollfäden diese aneinander haften lassen, wirken auch zwischen den Molekülfäden schwache Kräfte, die für Haftung aneinander sorgen.

Wie ein Haufen wirrer Wolle sind auch solche Kunststoffe selbst bei Raumtemperatur sehr biegsam. Dazu gehört zum Beispiel Polyethylen “geringer Dichte” (Low Density – oder LDPE). Die Chemiker nennen solche Kunststoffe auch “amorph” – eben “ohne geordneten Aufbau”.

Teilkristalline Thermoplaste wie HDPE

Das HDPE, Polyethylen “hoher Dichte” ist dagegen hart und nur wenig flexibel. Das rührt daher, dass in dieser Variante des Kunststoff ein Teil der Ketten oder “Fäden” sorgfältig parallel zueinander aufgereiht sind. Als enthielte der Haufen verworrener Wolle zwischendurch Abschnitte, die sorgfältig zu kleinen Knäueln aufgewickelt sind. Und ein streng gewickeltes Wollknäuel ist bekannt ziemlich fest.

Beim realen Wollknäuel ist die straffe Wicklung dafür verantwortlich. In einem Polymerknäuel können sich zwischen ordentlich parallel laufenden Ketten wesentlich stärkere zwischenmolekulare Kräfte ausbilden, die die Ketten fester beieinander halten.

Weil ein so geordneter Aufbau Chemiker leicht an Kristalle erinnert, nennen die solche Kunststoffe “kristallin” bzw., wenn durch Teile des Gewirrs geordnet sind, “teilkristallin”.

Was beim Erhitzen passiert

Je wärmer ein Stoff ist, desto mehr Bewegungsdrang haben seine Moleküle. Im festen Kunststoff schwingen die Atome der Ketten hin und her. Mit steigender Temperatur führen sie einen immer wilderen Tanz auf. Irgendwann wird dieses Treiben so toll, dass die zwischenmolekularen Kräfte das Gezappel nicht mehr aufwiegen können. Die Moleküle lösen sich voneinander – und können nun aneinander vorbei gleiten.

Wären die rauhen Wollfäden mit einem Mal völlig glatt und geölt, könnte man den wirren Haufen auch ganz einfach entwirren oder umformen.

Das Gleiche wird nun mit dem Kunststoff möglich: Die voneinander gelösten Ketten lassen sich durcheinander schieben – und Kettenenden aus verschiedenen Haufen können sich sogar miteinander mischen! Der wärmebedingte wilde Tanz der Atome sorgt für die dazu nötige spontane Bewegung. So kann aus zwei wirren Molekülhaufen (oder Kunststoff-Flocken) schliesslich ein einziges Gewirr werden, ohne dass wir sie verrühren oder drücken müssten.

Nach dem Abkühlen ist der Spuk vorbei – vorerst

Sobald die Temperatur wieder sinkt, werden die Atome wieder ruhiger und die zwischenmolekularen Kräfte – jetzt mitunter zwischen neuen Nachbarn – gewinnen wieder die Oberhand. Der Kunststoff wird erneut hart.

Das Geniale daran: Das Spiel lässt sich praktisch beliebig oft wiederholen – so lange man den Kunststoff nicht zu heiss werden lässt und die Kettenmoleküle selbst zerstört werden.

Warum ich kein Wasserbad verwende, um das zu verhindern

Da viele organische Verbindungen kaputt gehen, wenn sie zu heiss werden, erhitzen Chemiker ihre Stoffe gerne in einem Wasserbad (oder einem aus Silikonöl, wenn die Temperatur noch etwas höher sein soll). So können sie sicherstellen, dass der Versuch nicht heisser als 100°C wird (denn da verdampft das Wasser, bevor es heisser wird).

HDPE wird allerdings erst ab 135°C richtig weich, sodass ein Wasserbad bei Atmosphärendruck einfach nicht heiss genug werden kann, um die PE-Flocken miteinander zu verschmelzen. Speiseöl kann dagegen so heiss werden (das nutzen wir ja beim Braten). Aber viele Pflanzenöle rauchen in diesem Bereich schon beträchtlich, was die Sicht auf den eigentlichen Versuch trüben und nachher zu viel Reinigungsarbeit führen kann.

Deshalb habe ich nur ein wenig Öl zum Einfetten der Form verwendet, da sonst der wieder erkaltete Kunststoff an der Aluminiumfolie kleben bleibt (und das Abkratzen ist überaus mühsam).


Entsorgung

Der Kunststoff als solcher verändert sich durch das Erhitzen nicht. Er kann also ganz normal in den Hausmüll entsorgt werden. Aber viel schöner ist doch, eure Versuchsergebnisse als Deko zu verwenden, oder?

Unverbrauchte Reste der Shampoo-Flaschen könnt ihr auch in die gelbe Tonne/den gelben Sack (Deutschland, Österreich) geben. Aluminium gehört in Deutschland ebenfalls in die gelbe Tonne. In der Schweiz gibt es dafür eigene Sammelbehälter an den Entsorgungsstellen.

Die Ausstechformen könnt ihr nach dem Experiment getrost weiter zum Backen verwenden.

Fazit

Leere PE-Flaschen lassen sich mit einfacher Küchenausrüstung leicht zu neuen Gegenständen umarbeiten. Durch das Zerschneiden des kalten Kunststoffs in kleine Flocken könnt ihr die neue Form dabei sehr frei vorherbestimmen (Recyclingprofis machen das übrigens auch so und zerkleinern die Kunststoffabfälle, bevor sie sie erhitzen und neu verarbeiten).

Die Bewegung der Kunststoff-Moleküle (bzw. ihrer Atome) bei hohen Temperaturen hebelt zwischenmolekulare Anziehungskräfte aus, sodass die Moleküle bei genügend hoher Temperatur (bei HDPE rund 135°C) gegeneinander beweglich werden und ihr sie in neue Form(en) bringen könnt.

Beim Ausprobieren wünsche ich euch viel Spass und freue mich über Berichte von euren Ergebnissen in den Kommentaren. Was habt ihr bei eurem Recycling-Experiment hergestellt?

Mehr zum Thema Kunststoffe in Keinsteins Kiste

Experimente für zu Hause - und ihr müsst nichts dafür einkaufen!

Seit gestern beschert der Coronavirus auch uns hier in der Schweiz den absoluten Ausnahmezustand: Die Schulen sind geschlossen, Reto schafft wie Tausende andere im Home-Office, ich plane Online-Lektionen für meine Nachhilfeschüler und seit letzter Nacht um 00:00 sind nur noch für die Grundversorgung nötige Geschäfte geöffnet. Und gestern Abend hat Bundespräsidentin Sommaruga an uns appelliert: Wir sollen nach Möglichkeit zu Hause bleiben. Und das bei dem schönen Wetter – wo es endlich Frühling wird.

Bevor ihr nun aber den totalen Lagerkoller bekommt, gibt es ganz viel Spannendes zu erforschen und (auch ohne Schule) eine ganze Menge dabei zu lernen. In Keinsteins Kiste findet ihr zahlreiche Beispiele – aber damit ihr nicht zu lange suchen müsst, habe ich euch hier die besten Experimente für zu Hause zusammengestellt.

Was ihr für die folgenden Experimente braucht, ist in praktisch jedem Haushalt vorhanden, sodass ihr nicht extra dafür raus und einkaufen müsst. Viele gezeigte Hilfsmittel lassen sich auch durch andere, ähnliche Dinge ersetzen, sollte das von mir Verwendete gerade nicht im Haus sein. Was hingegen gar nicht fehlen darf, erfahrt ihr bei jedem einzelnen Experiment.

1. Eis schneiden

Experiment für Kinder: Eis schneiden

Kann man einen Eiswürfel durchschneiden? Und das nur mit Hilfe der Schwerkraft? Ja und nein! Was hinter dieser vagen Antwort steckt, könnt ihr selbst ausprobieren. Und dabei eine ganz besondere Fähigkeit des Wassers kennenlernen, die uns beispielsweise das Schlittschuhlaufen ermöglicht. Was ihr dazu unbedingt braucht: Gefrierfach! –> Zum Experiment

2. Die Challenge mit der Münzenwippe

Experiment mit Wasser : Die Münzwippe

Wie viele Münzen könnt ihr auf die selbstgebaute Wippe stapeln, die nur von den Superkräften von Wasser und Luft gehalten wird? Lernt dabei, was Adhäsion ist und was diese Kraft gemeinsam mit dem Luftdruck leisten kann. Was ihr dazu unbedingt braucht: Tetrapak oder andere wasserfest beschichtete Pappe –> Zum Experiment

3. Farbkreis mit wandernden Farben

Farbkreis mit wandernden Farben

DAS Experiment für die Toilettenpapier-Hamsterer! Papierservietten oder Küchentücher eignen sich aber mindestens ebenso gut. Beobachtet, wie die drei Grundfarben durch das Papier wandern – gegen die Schwerkraft! – und sie schliesslich zu neuen Farben vereinen. Lernt dabei den Kapillareffekt kennen oder/und erlebt die Grundlagen der Farbenlehre. Was ihr dazu unbedingt braucht: Wasserlösliche Lebensmittelfarben –> Zum Experiment

4. Das Rätsel um den Eiswürfelkran

Rätsel-Experiment für Kinder: Womit funktioniert der Eiswürfel-Kran?

Bei diesem Experiment ist Ausprobieren gefragt, um das Rätsel zu lösen: Womit kann man einen Bindfaden so an einem Eiswürfel befestigen, dass dieser sich aus dem Wasserglas heben lässt? Je mehr mögliche “magische Substanzen” ihr bereitstellt, desto länger sind die Kinder mit Ausprobieren beschäftigt! Was ihr dazu unbedingt braucht: Kochsalz (Speisesalz oder Streusalz – denn damit geht’s), Gefrierfach –> Zum Experiment

5. Regen im Glas

Wetter-Experiment: Regen machen im Glas

Der April rückt näher und damit auch die Zeit der Wetterkapriolen. Damit ihr aber auch im Fall einer Ausgangssperre nicht auf Wettererlebnisse verzichten müsst, könnt ihr zu Hause euer eigenes Wetter machen – zum Beispiel Regen. Und dabei lernt ihr gleich noch etwas über Verdunstung, Kondensation und den Wasserkreislauf! Was ihr dazu unbedingt braucht: Gefrierfach –> Zum Experiment

6. Blitze selber machen

Experimente mit Elektrostatik: Blitze selber machen!

Und wenn euch mehr nach Gewitter ist (im Kleinen, versteht sich), könnt ihr auch eure eigenen Blitze machen. Oder einen Luftballon reiben, bis euch die Haare zu Berge stehen! So oder so könnt ihr elektrische Aufladung und Entladung erleben – auf ganz ungefährliche Weise.  Was ihr für die Blitze unbedingt braucht: Aluminium-Schale, Styropor –> Zum Experiment

Wie ein richtiges Gewitter entsteht und was eigentlich Blitze sind, erfahrt ihr übrigens hier!

7. Warum ist der Himmel blau?

Experiment: Abendrot im Milchglas

Das derzeit strahlende Frühlingswetter lässt diese Frage bestimmt irgendwann aufkommen. Mit diesem Experiment könnt ihr die Antwort gemeinsam ergründen: Lichtstreuung und der richtige Blickwinkel sorgen für das Farbenspiel am Himmel – ebenso für Schönwetterblau wie auch für Morgen- und Abendrot! Was ihr unbedingt dafür braucht: handliche Lampe (Taschenlampe, Handylampe,…), etwas Milch, einen sehr dunklen Raum –> Zum Experiment

8. Carotin-Farbstoffe ausschütteln

Experiment: Carotin - Farbstoffe ausschütteln - Von Stoffteilchen und ihren Vorlieben

Verschiedene Stoffe haben unterschiedliche Vorlieben. Manche mögen Wasser, manche lieber fettige Stoffe. Diesen Umstand könnt ihr nutzen, um bestimmte Stoffe aus einem Gemisch herauszulösen. Zum Beispiel die rote Farbe aus Tomatenketchup oder -pürree! Dieser Trick wird übrigens auch im richtigen Chemie-Labor verwendet. Was ihr dazu unbedingt braucht: Tomatenpürree (Tomatenmark) oder Ketchup –> Zum Experiment

9. Harry Potter-Zauber mit Oberflächenspannung

Experimente Zauber mit Oberflächenspannung

Ihr möchtet eure Familienmitglieder verblüffen? Oder/Und etwas über die Oberflächenspannung und die Superkraft von Seife lernen? Dann sind diese beiden superschnellen und einfachen Experimente etwas für euch! Und falls ihr keinen Zauberstab zur Hand habt: Richtige Zauberer bringen ihre Magie auch mit der Fingerspitze fertig! Was ihr dazu unbedingt braucht: Handspülmittel oder Flüssigseife –> Zum Experiment

10. Eis wächst!

gefrorenes Wasser : Das Glas wird voller

Warum sollte man verschlossene Glasflaschen nicht ins Gefrierfach legen? Und warum schwimmen Eisberge (und Eiswürfel) eigentlich auf flüssigem Wasser? Lernt die Dichteanomalie des Wassers kennen, die dafür verantwortlich ist, dass Wasser beim Gefrieren tatsächlich wächst! Was ihr dazu unbedingt braucht: Gefrierfach –> Zum Experiment

11. Papierchromatographie mit Filzstiften

DIY-Experiment: Entdecke verborgene Farben!

Noch eine Verwendungsmöglichkeit für Toilettenpapier (auch ihr tun weisse Papierservietten, Küchentücher oder Filterpapier den gleichen Dienst): Ergründet ein spannendes Geheimnis eurer Filzstifte: In einem Stift ist nämlich längst nicht immer nur eine Farbe drin. Besonders schwarze Stifte bergen eine ziemliche Überraschung! Lüften könnt ihr das Geheimnis mit Hilfe des Kapillareffekts, der auch für die wandernden Farben weiter oben verantwortlich ist. Was ihr dazu unbedingt braucht: Wasserlösliche Filzstifte (Meine Empfehlung: Schwarze Fineliner der Marke “Stabilo”) –> Zum Experiment

Wenn ihr mit “wasserfesten” Stiften experimentieren möchtet, braucht ihr Alkohol (Brennsprit/Spiritus) oder Aceton (z.B. Nagellackentferner) als Lösungsmittel. Beide riechen streng und sind leicht entzündlich, weshalb sie sich nicht zum Experimentieren mit kleineren Kindern eignen. Für wasserlösliche Filzstifte genügt hingegen Wasser, sodass alle mitmachen können!

12. Die DIY-“Lavalampe”

Lavalampe im Glas

In den 1970er-Jahren und später noch einmal in den 1990ern waren Lavalampen der letzte Schrei in Sachen Inneneinrichtung. Die Geräte von damals funktionierten mit elektrischer Heizung und wachsartigen Stoffen – und lassen sich nicht so einfach nachbauen. Die geheimnisvoll auf- und absteigenden Blasen lassen sich aber auf ganz simple Weise nachstellen, sodass ihr mit diesem Experiment etwas zur Dichte von Stoffgemischen lernen könnt. Was ihr unbedingt dazu braucht: Speiseöl, Kochsalz (Speisesalz oder Streusalz) –> Zum Experiment

13. Harry Potter-Zauber: Der krumme Wasserstrahl

Wasser ist spooky: Ein Zaubertrick für Gross und Klein

Noch einmal könnt ihr zum Zauberstab greifen – der sollte dieses Mal aber unbedingt aus Kunststoff bestehen. Mit etwas elektrostatischem Hokuspokus könnt ihr damit nämlich einen Wasserstrahl ganz einfach krümmen – und dabei etwas über den Aufbau von Wassermolekülen und ihre gegenseitige Anziehung lernen! Was ihr ausserdem unbedingt dazu braucht: Fliessendes Wasser, Wollkleidung –> Zum Experiment

In Keinsteins Kiste findet ihr übrigens noch viele weitere Experimente und spannenden Lesestoff zu Alltagsthemen rund um Chemie und Co. Ganz aktuell zum Beispiel zum Sinn und Nicht-Sinn von (Hände-)Desinfektionsmitteln im eigenen Haushalt.

Ich wünsche euch ganz viel Spass beim Stöbern und Experimentieren – und bleibt gesund!

Eure Kathi Keinstein

Experiment für Kinder: Eis schneiden

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

Ein Eiswürfel- Experiment für kalte coole Tage

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

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

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

Ihr braucht dazu

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

So geht’s

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

Was ihr beobachten könnt

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

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

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

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

Was passiert da?

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

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

Wie kann Druck zum Schmelzen von Eiskristallen führen?

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

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

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

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

Warum friert der Spalt über dem Draht wieder zu?

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

Schlittschuhspass dank der Anomalie des Wassers

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

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


Entsorgung

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

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

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

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

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

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

Ihr braucht dazu

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

So geht’s

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

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

Was ihr beobachten könnt

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

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

Was passiert da?

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

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

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

Warum rollen sich trockene Blätter nun ein?

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

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

Und wozu das Speiseöl?

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


Ein Forschertrick: Sichere Ergebnisse durch Kontrollversuche

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

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

Auch die grossen Forscher machen Kontrollversuche

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

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

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

Mit Kontrollversuchen lässt sich der Placebo-Effekt “ausblenden”

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

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


Zusammenfassung

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

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

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

Entsorgung

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

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

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

Ich wünsche euch viel Spass beim Experimentieren!

Experiment mit Wasser : Die Münzwippe

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

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

Ihr braucht dazu

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

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

So geht’s

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

Was passiert da?

Superkraft von Wasser : Adhäsion

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

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

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

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

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

Superkraft von Luft : Luftdruck

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

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

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

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

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

Bonus-Versuch für draussen

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

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

Entsorgung

Die ist bei diesem Versuch denkbar einfach:

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

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