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Kalk im Wasser – Nierensteine im Körper?

Nierenstein ganz nah

Was sind Nierensteine? Fördert kalkhaltiges Wasser ihre Entstehung?

Diese Leser-Frage kam auf, als ich vor ein paar Wochen über Kalkfänger geschrieben habe – Ringe aus Stahlwolle, die eine Art Köder für Kalk darstellen, der sich aus hartem Wasser absetzen kann. Diese Kalkablagerungen liessen eine Leserin an Nierensteine denken, jene unerwünschten Ablagerungen, die in unseren Nieren entstehen und auf schmerzhafte Weise den Harnleiter verstopfen können. 

Was sind Nierensteine und wie entstehen sie?

Die Nieren sind die Kläranlagen unseres Körpers. In ihnen werden verschiedene Stoffwechselabfälle, Ionen und Wasser aus dem Blut „gewaschen“ und zu dem gesammelt, was als Urin in die Harnblase und von dort nach draussen abfliesst. Normalerweise lösen sich alle Abfälle in Wasser, sodass der Urin als klare Flüssigkeit seinen Weg durch die Harnleiter von der Niere zur Blase antreten kann.

Die Wasserlöslichkeit einiger Abfälle bzw. von Kombinationen verschiedener Bestandteile ist jedoch sehr begrenzt. Wenn unter unglücklichen Umständen die Konzentration solcher Stoffe oder Kombinationen im entstehenden Urin zu hoch wird, wird es solchen Stoffen in der Lösung „zu eng“: Sie verlassen die Lösung und werden fest (Chemiker sagen „sie fallen aus“).

Dabei suchen sich die ausfallenden Teilchen meist irgendeinen Feststoff-Krümel als Anreiz und lagern sich von allen (zugänglichen) Seiten daran an. So entsteht Schicht für Schicht ein Sandkorn, das sich mit der Zeit zu einem kleinen Kieselsteinchen auswachsen kann – einem Nierenstein.

Nierensteine - wo sie zu finden sind

Ablagerungen schwer löslicher Salze können den Harnleiter (nach links unten aus der Niere abgehend) verstopfen und so zu Nierenkolik, Harnrückstau und gefährlichen Entzündungen führen. ( By BruceBlaus. Blausen.com staff (2014). „Medical gallery of Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. (Own work) [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons

Wenn solche Nierensteine in den Harnleiter geraten, können sie je nach Grösse darin stecken bleiben (dann spricht man korrekterweise von Harnleitersteinen) und somit den Abfluss für den Urin verstopfen. Die Folge sind starke, krampfartige Schmerzen (die berüchtigte Nierenkolik) und ein Rückstau des Urins, der Entzündungen mit sich bringen und die Niere schädigen kann. Wenn es einmal zu so einer Verstopfung kommt, hilft nur noch der Weg in Spital, um die Steine zerkleinern und entfernen zu lassen (heutzutage geht das meist mit Hilfe von Schallwellen von aussen).

Wer solch eine unangenehme Erfahrung aber von vorneherein vermeiden möchte, tut gut daran, über Nierensteine bescheid zu wissen. Die „unglücklichen Umstände“ lassen sich nämlich in den allermeisten Fällen recht einfach vermeiden. 

Woraus bestehen Nierensteine?

Die allermeisten Nierensteine bestehen aus Salzen, also aus Verbindungen verschieden geladener Ionen, die sich in ungünstiger Paarung schlecht in Wasser lösen. In den meisten dieser Steine (d.h. in rund 80 bis 85% aller Nierensteine), sind Calcium-Ionen, Ca2+, massgeblich an diesen Paarungen beteiligt. Richtig – das sind genau die Kationen, aus denen auch Kalk entsteht. Die Frage unserer Leserin liegt also nahe.

Anstelle von Carbonat-Anionen (CO32-) enthalten Nierensteine jedoch andere negativ geladene Ionen, allen voran das Anion der Oxalsäure (Oxalat,C2O42-, 60% aller Nierensteine). Dazu kommen Phosphat-Anionen (PO42-), 9% aller Steine) und das Anion der Harnsäure (Urat) und weitere, die allesamt mit Calcium in Wasser schwer- bis unlösliche Salze bilden.

Harnsäure kann sowohl ganz allein als ungeladenes Molekül oder als Urat-Anion mit Metall-Ionen ausfallen und Harnsäuresteine bilden (15% aller Nierensteine).

Als Folge von Harnwegs-Infektionen können überdies Magnesium (Mg2+) und Ammoniumionen (NH4+) mit Phosphat-Anionen zu „Struvit“-Steinen zusammenfinden (11% aller Nierensteine), die nach dem Mineral der selben Zusammensetzung benannt sind.

Selten sind Steine aus anderen organischen Stoffen, wie Cystin oder Xanthin, die aufgrund von genetisch bedingten Stoffwechselstörungen in zu grossen Mengen im Urin landen (je 1% aller Nierensteine).

Da es in so einer Niere höchst lebendig und bewegt zu und her geht, finden all diese Ionen und Moleküle beim Ausfallen keine Ruhe, um sich zu ordentlichen, sichtbar symmetrischen Kristallen zusammen zu lagern. So entstehen oft gerundete oder blasige, unstrukturierte Kiesel, deren Zusammensetzung aus Ionenkristallen sich erst vor dem Makro-Objektiv (wie auf dem Artikelbild) oder unter dem Elektronenmikroskop offenbart.

Nierenstein unter dem Rasterelektronenmikroskop

Oberfläche eines Calciumoxalat-Steins unter dem Rasterelektronenmikroskop. Die Breite des Bildes entspricht einer Länge von 0,45mm ! (By Kempf EK (Own work) [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons)

Ebenso führt das lebendige Treiben rund um die Urin-Entstehung zwangsläufig dazu, dass verschiedene Ionensorten miteinander ausfallen und Mischkristalle bilden. Für einen Nierenstein eine Salzformel wie für einen Reinstoff anzugeben ist deshalb höchst schwierig bis unmöglich. 

Was erhöht die Konzentration der schwerlöslichen Salze?

So unterschiedlich wie die verschiedenen Nierensteine sind auch die Umstände, unter welchen sie entstehen. Eine Gegebenheit führt allerdings in jedem Fall zur Erhöhung der Konzentration gelöster Teilchen: Ein Mangel am Lösungsmittel.

Zu einem Überschuss an Nierenstein-Bestandteilen im Urin kommt es also für

Alle Steine

Bei Flüssigkeitsmangel – wenn zu wenig getrunken oder/und zu viel Flüssigkeit ausgeschieden wird (Schwitzen, Durchfall,…alles was zu Dehydrierung führen kann).

Calciumoxalat-Steine

Bei vermehrter Ausscheidung von Oxalat aus dem Blut in den entstehenden Urin.

An sich sind Oxalat-Anionen ganz normale Stoffwechsel-Abfallprodukte, die in jedem Körper vorkommen und transportiert werden. Dementsprechend einfach kann es zu einer „Flutung“ mit Oxalat kommen, wenn sich irgendwo eine reichhaltige Quelle auftut. Die naheliegendste solche Quelle ist die Nahrung:

Schwarztee (manchmal auch Grüntee), Spinat, Rhabarber, Rande (in Deutschland: Rote Bete), Krautstiel (in Deutschland: Mangold), Kakao und Nüsse sind Lebensmittel, die relativ viel Oxalsäure enthalten.

Auch Stoffwechselstörungen, sowohl erbliche (selten) als auch erworbene, können zur vermehrten Ausscheidung von Oxalat-Anionen führen. Ursachen für viel Oxalat im Urin können Funktionsstörungen der Nebenschilddrüsen, die Überdosierung von Vitamin D, eine zurückliegende Magen-Bypass-Operation, Morbus Cushing, die Folgen von Knochenkrebs und weitere sein.

Harnsäure-Steine

Bei vermehrter Ausscheidung von Harnsäure-Salzen (Urat) aus dem Blut.

Harnsäure bzw. Harnsäure-Anionen sind ein Stoffwechselprodukt, das beim Abbau von Purinen entsteht. Purine wiederum sind Bestandteile der Nukleinsäuren, also DNA und RNA – kurz: des Erbguts in allen Zellen. Kurzum: Wo (zerstörte) Zellen sind, sind auch Purine nicht weit. Dabei können diese Zellen sowohl aus der Nahrung als auch aus unserem eigenen Körper stammen.

Dummerweise besteht die allermeiste für uns geniessbare Nahrung aus Zellen – sowohl pflanzliche als auch tierische. Dennoch gelten Innereien, Fleisch, Fisch und vor allem die Haut von Fisch und Geflügel als besonders zell- und damit als purinreich.

Körpereigene Zellen werden z.B. durch Hungerkuren oder Krebserkrankungen und deren Bekämpfung verstärkt zum Abbau ihrer selbst und damit zur Lieferung von Purinen zur Verstoffwechselung bewegt.

Die häufigste Ursache für einen Harnsäure-Überschuss im Körper ist jedoch eine Ausscheidungsstörung in den Nieren: Wenn die (auch in normalem Umfang) im Stoffwechsel entstehende Harnsäure nicht raus kann, sammelt sie sich an. In den Nieren können so Steine entstehen, bei Ablagerung in den Gelenken kommt es zur Gicht.

Ein „saurer“, also niedriger pH-Wert im Urin führt zudem dazu, dass Natriumurat, das Salz aus Natrium (Na+) und Urat-Ionen, besonders leicht ausfällt. Übergewicht gilt das wichtige Ursache für sauren Urin. Überdies hemmt Alkohol (Ethanol) die Ausscheidung von Harnsäure über die Nieren.

Struvit-Steine

Bei basischem Urin in Folge von Infektionen.

Struvit (MgNH4PO3) fällt nur in basischer Umgebung aus. Da menschlicher Urin gewöhnlich schwach sauer ist, kommen solche Steine unter normalen Umständen nicht vor (anders z.B. bei Hauskatzen: die haben gewöhnlich basischen Urin und können daher auch bei gesunder Ausgangslage Struvit-Steine entwickeln).

Anders wird das, wenn sich der Mensch einen Harnwegsinfekt mit Bakterien einfängt, die Harnstoff zu Ammoniak (NH3)abbauen können. Letzterer ist nämlich basisch, d.h. er nimmt H+-Ionen auf (so entstehen daraus Ammonium-Ionen NH4+), was zu einer Erhöhung des pH-Werts in der Umgebung – hier im Urin – führt. So können in der Gegenwart von ammoniakproduzierenden Bakterien Struvit-Steine entstehen.

Und Calciumcarbonat?

Während Calcium in vielen Nierensteinen eine Rolle spielt, ist vom Carbonat-Anion bis hierhin keine Spur. Tatsächlich ist Calciumcarbonat, wenn überhaupt, nur selten Bestandteil von Nierensteinen. Das wird daran liegen, dass unter den Bedingungen im menschlichen Körper nicht das stark basische Carbonat (CO32-), sondern das weniger basische und leichter lösliche Hydrogencarbonat (HCO3–) vorkommt. 

Welche Bestandteile können über die Ernährung beeinflusst werden?

Mit der Nahrung nehmen wir vor allem drei wichtige Bestandteile von Nierensteinen auf:

  • Calcium : findet man als Ca2+-Ionen unter anderem in Milch und Milchprodukten, sowie Mineral- und Leitungswasser. Ca2+ ist nicht nur Bestandteil von Nierensteinen, sondern auch ein für den Körper unverzichtbarer Mineralstoff. Besonders für den Knochenbau und -erhalt benötigen wir unbedingt Calcium. Deshalb wird ein Verzicht auf Calcium zur Vorbeugung von Nierensteinen gar nicht mehr empfohlen (es sei denn, es findet sich tatsächlich zu viel davon im Urin). Die für gesunde Erwachsene empfohlene Calcium-Zufuhr von 1000 – 1200 mg pro Tag führt birgt gemäss der Schweizerischen Gesellschaft für Ernährung auch das geringste Risiko für die Entstehung von Calciumsteinen. Wie das kommt? Calcium allein macht noch keinen Nierenstein. Dazu braucht es schliesslich auch Anionen:
  • Oxalat : Viele Pflanzen – auch und gerade solche, die als gesund gelten – enthalten relativ viel Oxalsäure bzw. Oxalat-Anionen. So kann die Aufnahme von oxalsäurereicher Nahrung direkt zu einer Flutung der Nieren mit Oxalat führen. Wenn dann auch Calcium vorhanden ist, entstehen leicht Oxalat-Steine.
  • Harnsäure : Purine aus Proteinen in Fleisch und Fisch werden zu Harnsäure verstoffwechselt, sodass auch hier eine Aufnahme mit der Nahrung schnell zu einer Flutung führen kann. Ausserdem führt die fleischhaltige Nahrung zu einem niedrigen, d.h. sauren pH-Wert im Urin, was die Entstehung von Harnsäuresteinen weiter begünstigt.

Wie senke ich mein Nierensteinrisiko durch Ernährung?

Alle Steine

Viel trinken ist grundsätzlich Empfehlung Nummer 1, wenn es um Nierensteine geht. Schliesslich müssen sich in einem grossen Urin-Volumen wesentlich mehr Nierenstein-Bestandteile ansammeln, bevor etwas fest wird, als in einem kleineren Volumen. Patienten, die bereits mit Nierensteinen zu tun hatten oder haben, wird daher empfohlen, am Tag mindestens 2,5 bis 3 Liter zu trinken.

Calcium-Steine

In der Gegenwart von Natrium(Na+-)Ionen werden Calcium-Ionen besonders leicht vom Blut in den Urin befördert. Deshalb lässt sich die Calciumausscheidung allein durch Masshalten bei der Verwendung und damit der Aufnahme von Koch- oder Speisesalz (Natriumchlorid) verringern, ohne dass der Körper auf wertvolles Calcium verzichten müsste. Zu wenig Salz ist allerdings auch nicht angebracht, da mit dem Salz auch das Wasser seinen Weg in den Urin findet – und wenig Wasser führt zu einem niedrigen Urin-Volumen…und damit zu Nierensteinen. Empfohlen wird die Aufnahme von 4 bis 6 Gramm Kochsalz pro Tag (Achtung bei Fertigprodukten! Die enthalten oft mehr Kochsalz, als man meinen möchte!).
Zudem lässt sich Calcium hinsichtlich der Entstehung von Nierensteinen auch mit Hilfe von Zitronensäure „unschädlich“ machen: Citrat-Anionen bilden nämlich mit Ca2+ eine sogenannte Komplexverbindung, die gut wasserlöslich ist, aber das Calcium-Ion für die Reaktion zu Calciumoxalat und anderen schwer löslichen Salzen unzugänglich macht. Zitrusfrüchte und -säfte sind daher eine gute und schmackhafte Wahl (nicht nur) für die Flüssigkeitszufuhr.

Oxalat-Steine

Wer zu Oxalat-Steinen neigt, sollte eine Oxalsäure-Überflutung möglichst vermeiden. Das heisst Zurückhaltung bei oxalsäurereichen Nahrungsmitteln, zu welchen verschiedene Gemüse, Nüsse, aber auch Schokolade (Kakao!) zählen. Da Nierensteine zudem oft Gemische aus verschiedenen Stein-Typen sind, ist deshalb eine rein vegetarische Ernährung zur Vermeidung von Harnsäuresteinen nicht zu empfehlen: Zu schnell gerät man dabei an Oxalsäure, die dann vom Regen in die Traufe führen kann.
Es gibt jedoch einen Trick für all jene, die auf ihr oxalatreiches Lieblings-Gemüse nicht verzichten wollen: Verspeist die Oxalsäure gemeinsam mit Calcium, zum Beispiel aus Milchprodukten oder Mineralwasser! Dann bildet sich das schwerlösliche Calciumoxalat nämlich schon im Verdauungstrakt – und wird mit dem Stuhlgang gleich wieder ausgeschieden. Damit ist das Calcium allerdings auch verloren und trägt nicht nur Deckung des Tagesbedarfs bei!

Harnsäuresteine

Wer mit Harnsäure-Steinen zu tun hat, sollte Fleisch und Fisch in Massen essen (maximal 1 Portion von 120g pro Tag an höchstens 5 Tagen in der Woche) und besonders purinhaltige Bestandteile meiden. Eine rein vegetarische oder gar vegane Ernährung ist jedoch der Oxalsäure wegen sehr schwierig und wird daher nicht empfohlen. Wer Übergewicht abbauen möchte, sollte das Abnehmen langsam angehen, um eine Flutung mit körpereigenen Purinen zu vermeiden! Hydrogencarbonat-Ionen – zum Beispiel aus Mineral- oder auch Leitungswasser – können dabei helfen, den sauren Urin-pH zu erhöhen (d.h. „basischer zu machen“).

Struvit-Steine

Harnwegsinfekte sollten frühzeitig behandelt werden, um Struvit-Steine und eine Nierenbeckenentzündung zu vermeiden! Meine persönliche Waffe für den „Präventiv-Schlag“ bei einer Harnwegs-Reizung sind Preiselbeer- bzw. Cranberry-Getränke (zum Beispiel aus Trink-Granulat). Damit kann ich vieles schon im Keim ersticken. Bei anhaltenden Schmerzen oder/und Fieber aber unbedingt zum Arzt gehen und eine Urin-Probe untersuchen lassen! Das dauert nur ein paar Minuten und zeigt, ob ihr einen Infekt mit Bakterien habt, der mit Antibiotika behandelt werden sollte! 

Fazit

Die Entstehung von Nierensteinen kann verschiedene Ursachen haben. Dabei können die Rahmenbedingungen für die Stein-Entstehung teilweise durch die Ernährung beeinflusst werden.

Calcium, genauer das Ca2+-Ion, welches massgeblicher Bestandteil an Kalkablagerungen in Bad und Küche ist, ist auch in den meisten Nierensteinen enthalten. Für die Vermeidung von Nierensteinen sind jedoch die Anionen, die mit dem Calcium schwer lösliche Verbindungen bilden, viel bedeutsamer. Die Aufnahme solcher Anionen, wie Oxalat und Urat, und damit ihre Konzentration im entstehenden Urin in den Nieren lässt sich über die Ernährung recht gut steuern. Dabei sind Calcium und das in „hartem“ Wasser gelöste Hydrogencarbonat-Anion mitunter sogar nützliche Hilfsmittel!

Viel trinken und eine massvolle, aber vielseitige Ernährung helfen grundsätzlich dabei, einen ausgeglichenen Stoff-Haushalt (nicht nur) in den Nieren zu bewahren und der Entstehung von Nierensteinen vorzubeugen.

Mehr Infos rund um Nierensteine und Ernährung

Die folgenden Quellen sind in diesen Artikel eingeflossen:

Merkblatt „Ernährung und Nierensteine“ von der Schweizerischen Gesellschaft für Ernährung

Infoseite rund um Harn- und Nierensteine, mit Tabellen zu Stein- und Nahrungsmittel-Zusammensetzung

 

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Experiment: Das Geheimnis des schwarzen Filzstifts

DIY-Experiment: Entdecke verborgene Farben!

Farbenfrohe Papier-Chromatographie – ganz einfaches Experiment für die jüngeren Forscher

Das neue Jahr mit Keinsteins Kiste ist fulminant gestartet. Es gab nämlich diese Woche eine Premiere: Die Kiste gibt es jetzt nämlich auch zum Anfassen und Mitmachen – als „rollendes Chemielabor“ voller spannender Experimente, das in Schulen und zu Events aller Art kommt (mit mir natürlich). Ihren ersten Einsatz hatte die rollende Kiste am letzten Dienstag im hiesigen Primarschulhaus Steg zum Science-Projekttag der Primar- (d.h. Grund-)schüler, die dort lernen.

Wir haben verschiedene Stoffgemische getrennt – doch an einem Experiment hatten die Kinder besonders Freude: Am Geheimnis des schwarzen Filzstifts. Das ist nämlich überraschend farbig. Und Farben regen die Kreativität von Kindern ganz besonders an. Ich zeige euch heute, wie ihr dieses kleine, schnelle Experiment ganz einfach nachmachen könnt!

Was ihr dazu braucht

  • einen schwarzen, wasserlöslichen (!) Filzstift
  • saugfähiges weisses Papier (z.B. Papierservietten oder Filterpapier)
  • ein Glas mit weiter Öffnung
  • Wäscheklammern
  • gegebenenfalls einen Bleistift oder Schaschlik-Spiess
  • Wasser

Material: Was ihr für die Papierchromatographie braucht

Wie ihr das Experiment durchführt

  • Schneidet euer Papier in Streifen, die etwas länger sind als das Glas hoch ist.
  • Zeichnet mit dem Filzstift einen gut sichtbaren Querstrich auf ein Ende eines Papierstreifens (der Strich darf sich nicht ganz am Rand des Streifens befinden!).

Schwarzer Querstrich auf Serviette

  • Füllt das Glas 0,5 bis 1cm hoch mit Wasser.
  • Taucht das bemalte Ende des Streifens vorsichtig ein wenig ins Wasser ein (der Strich darf nicht mit eintauchen!) und klemmt den Streifen gerade so eingetaucht mit einer Wäscheklammer am Glasrand oder dem quer darüber liegenden Spiess fest.
  • Wartet ab und beobachtet. Der Filzstift-Strich wird sein Geheimnis innerhalb von einigen Sekunden oder wenigen Minuten offenbaren!
Papierchromatographie mit Spiess und am Glasrand

Links: Variante für Gläser mit senkrechtem Rand: Der Papierstreifen ist am Glas befestigt. Rechts: Variante für Gläser beliebiger Form: Der Papierstreifen hängt an einem Stab, der quer über dem Glas liegt.

Was geschieht hier?

Stoffe wie Wasser und Filzschreiberfarben bestehen aus unzähligen winzigen Teilchen. Dabei hat jeder Stoff seine eigene Teilchen-Sorte mit eigenen Eigenschaften. Ein DIY-Versuch, welcher zeigt, dass es diese Teilchen gibt, und eine nähere Erklärung zum „Teilchenmodell“ findet ihr hier. Einem Stoff sieht man mit nacktem Auge nicht immer an, ob er aus nur einer oder mehrerer Teilchensorten besteht (und damit eigentlich ein Stoffgemisch ist).

Um herauszufinden, ob man es mit einem Gemisch zu tun hat, und wie viele Stoffe daran beteiligt sind, muss man die Teilchen voneinander trennen und nach Sorten sortieren. Dazu nutzen Chemiker häufig aus, dass die verschiedenen Stoffteilchen sich unterschiedlich schnell bewegen, wenn es mal eng wird.

Viele Feststoffe sind nicht so fest und massiv, wie sie aussehen. Stattdessen sehen sie aus wie ein Stück Emmentaler-Käse oder ein Schwamm – mit vielen, vielen Löchern oder «Poren». Diese Löcher sind so klein, dass wir sie mit nackten Auge nicht sehen können – manchmal fast so klein wie Stoffteilchen. Das Filterpapier von Station 2 ist so ein Schwamm – und andere Papiersorten auch. Deshalb können wir Papier als eine Art Hindernis-Rennbahn für Stoffteilchen gebrauchen!

Die Wettläufer auf dieser Rennbahn sind die Stoffteilchen, aus denen die Flüssigkeit im schwarzen Filzstift besteht. Das aufsteigende Wasser schwemmt die Stoffteilchen aus dem Filzstift-Strich durch das Papier. Die Teilchen, die am leichtesten ihren Weg durch die Poren des Papier-Schwamms finden, kommen dabei am weitesten – die Teilchen, die am langsamsten durch den Schwamm finden, kommen am wenigsten weit!

Die Tinte aus meinem Filzschreiber besteht aus (mindestens) drei leicht trennbaren Farbstoffen: blau, orange und rosarot!

Die Tinte aus meinem Filzschreiber besteht aus (mindestens) drei leicht trennbaren Farbstoffen: blau, orange und rosarot!

Mögliche Varianten zum Ausprobieren

  1. Welches ist das beste Papier? Die Geschwindigkeit, mit welcher die Farbstoffe sich im Papier verteilen, hängt von der Durchlässigkeit des Papiers, also der Dichte der Hindernisse auf der „Rennbahn“ ab. Ein „langsames“ Papier führt zu einer deutlicheren Trennung der Farben, erfordert aber mehr Geduld. Für die grösseren Forscher habe ich das Farbschreiben zur Trennung von Farbstoffen aus Pflanzenblättern vorgestellt und dazu normales Schreibpapier verwendet. Das „Rennen“ darin dauert mindestens eine Stunde – dafür sind die Farbstoffe nachher als klar trenn- und miteinander vergleichbare „Banden“ zu erkennen. Probiert einfach selbst aus, welches Papier sich am besten für eure Zwecke eignet!
  2. Ist einzig schwarze Tinte ein Stoffgemisch? Nicht nur schwarze Filzstifte bergen ein Geheimnis. Wenn ihr andere Filzstifte zur Hand habt, versucht herauszufinden, welche Farben ebenfalls aus mehreren Farbstoffen zusammengemischt sind!
  3. Kunst und Forschen lassen sich vereinen! Nicht nur ein einfacher Strich lässt sich trennen! Ebenso gut könnt ihr Muster auf euer Papier schreiben – oder mehrere Farben auf einem Streifen laufen lassen. Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt!
  4. Und was ist mit wasserfesten Tinten? Das Farbschreiben mit Wasser als „Antrieb“ funktioniert nur mit wasserlöslichen Filzschreibern. Wasserfeste Tinten, zum Beispiel aus Permanent-Markern, CD-Schreibern und anderen Stiften, lösen sich wie die Blatt-Farbstoffe nur in passenden organischen Lösungsmitteln. Wenn ihr solche Tinten trennen möchtet, versucht es am besten mit Ethanol (Brennsprit, Spiritus) oder Aceton (z.B. aus dem Malerbedarf im Baumarkt). Fleckbenzin verdunstet sehr schnell und bringt zusätzliche Gefahren mit sich, weshalb es weniger Achtung! Organische Lösungsmittel sind leicht entzündlich! Niemals in der Nähe von offenem Feuer damit arbeiten!

Ich wünsche euch viel Spass beim Nachmachen – bringt Farbe in den grauen Winter! Und wenn ihr in der Deutschschweiz lebt und rollende Chemielabor hautnah erleben möchtet, findet ihr alle Informationen dazu in meiner Lernkiste!

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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

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Experiment: DIY Schneekugeln – Ein zauberhaftes Geschenk für eure Lieben

DIY Schneekugeln mit Benzoesäure

Ich freue mich, dass die Schneekugeln ab sofort auch im Ackermann-Magazin als eine der fünf kreativsten Weihnachts-Geschenkideen zu finden sind!

Advent mit Mikki und ihren 15 Engeln. Fabienne ist eben fertig mit ihren jüngsten Kreationen (hier findet ihr ihr Türchen Nr. 22), und eigentlich sind alle bereit für ein rauschendes Weihnachtsfest. Doch was alle nicht wissen ist, dass ich noch eine kleine Überraschung im Ärmel habe…

23. Dezember – Keinsteins Kiste

Klingeling! Schon wieder!? Klar natürlich, das ist unser letzter Gast, der die Weihnachtsvorfreude noch mehr aufkommen lässt! Das Buch von Evi wird zugeklappt, denn für sie ist es Zeit, uns zu verlassen und zu ihrer Familie zu gehen, der Haarspary von Fabienne hört auf zu sprühen und wie eine wild gewordene Bande stürmen wir auf Kathi zu, um sie herzlichst bei uns zu begrüssen.

Wenn du Kathi kennen würdest, dann wüsstest du, auf was wir uns schon ganz gespannt freuen. Sie ist nämlich unsere Expertin in Sachen Experimente, und genau solch eines hat sie uns mitgebracht!

Brav die Brille aufgesetzt schauen wir ihr zu, wie sie verschiedenste Dinge miteinander vermischt, in eine Kugel füllt, diese zuschliesst und… Okay, nein, nicht ganz. Explodiert ist nichts. Aber gemäss unseren Gesichtsausdrücken ist ganz was Spannendes passiert. Wenn man die Kugel jetzt nämlich schüttelt, so schneit es darin, wie eben in einer Schneekugel. Zauberhauft, nicht wahr!?

Ihr möchtet mit uns basteln und ein selbstgemachtes Geschenk für eure Lieben mit einem einfachen Chemie-Experiment verbinden? Dann lest euch die folgende Anleitung (Anne Marie Helmenstine von ThoughCo hat mich übrigens dazu inspiriert) gut durch und legt los!

Was ihr für eine Schneekugel braucht

  • Ein Einmachglas mit Schraubdeckel
  • Benzoesäure (ein Feststoff aus kleinen Kristallen, den ihr in der Drogerie (Schweiz!) oder Apotheke bestellen könnt)
  • Wasser
  • Einen Kunststoffbehälter zum Anrühren
  • Einen Wasserkocher oder eine Herdplatte samt Kochtopf oder Teekessel
  • Wasserfeste Dekoration, zum Beispiel eine Gipsfigur (ggfs. vorher anmalen und durchtrocknen lassen!)
  • Sockel aus Styropor o.Ä. (schneidet oder sägt aus einem Styropor-Verpackungsrest einen flachen Zylinder, der den Deckel eures Einmachglases füllt, dabei aber Platz für das Schraubgewinde des Glases lässt!)
  • Heissklebepistole
  • Schutzbrille
  • einen Teller oder ein Tablett mit Rand
  • Optional: Bastelfreudige Mitforscherinnen wie Sarah und Fabienne
Die Zutaten für die DIY-Schneekugeln

Wichtig: Benzoesäure ist nicht sehr giftig (sie wird in kleinen Mengen als Lebensmittelzusatz verwendet), kann aber die Augen und zuweilen auch die Haut reizen. Sarahs und Kathis Augen sind durch die Brillen teilweise davor geschützt. Besser macht ihr es so wie Fabienne und tragt beim Arbeiten mit Benzoesäure eine Schutzbrille!

So ist es richtig: Tragt beim Arbeiten mit Benzoesäure eine Schutzbrille!
Fabienne macht es vor: So sind die Augen gut geschützt!

Wenn ihr ganz sicher gehen möchtet, könnt ihr ausserdem Einmal-Handschuhe tragen (Chemiker empfehlen die Blauen aus Nitrilkautschuk). Die Benzoesäure-Lösung, die wir beim Schneekugel-Basteln verwenden, ist jedoch so stark verdünnt, dass sie unserer Haut nichts anhaben konnte. Deshalb haben wir uns die Handschuhe gespart.

Aufessen solltet ihr die feste Benzoesäure allerdings nicht – und ebenso wenig die Lösung trinken, denn davon würde euch furchtbar übel. Haltet die feste Benzoesäure und die Lösung deshalb von kleinen Kindern fern!

Wie ihr die Schneekugeln basteln könnt

  • Erhitzt etwas mehr Wasser, als in euer Einmachglas hineingeht, zum Sieden. Das Glas soll später bis zum Rand gefüllt werden – das ist etwas mehr als das darauf angegebene Volumen. Ausserdem habt ihr so eine Reserve, falls mal ein wenig Wasser daneben geht. Am schnellsten wird das Wasser in einem Schnellkocher, wie Kathi ihn verwendet, heiss. Sobald das Wasser gerade nicht mehr kocht, giesst es in einen Kunststoff-Behälter. Kathi verwendet dafür einen Messbecher mit weiter Öffnung.        
    Heisses Wasser im Messbecher
  • Löst ca. 1g Benzoesäure in je 150ml heissem Wasser (also gut 3g in 500ml und so fort). Rührt gut um, bis sich das Kristall“pulver“ möglichst vollständig aufgelöst hat. Das kann unter Umständen ein paar Minuten dauern.  
    Umrühren, bis die Benzoesäure gelöst ist
  • Wichtig: Lasst die Lösung nun einfach bei Raumtemperatur stehen, damit sie langsam abkühlen kann. Werdet dabei nicht wie Sarah ungeduldig! Denn wenn die Lösung zu schnell abkühlt, erhaltet ihr womöglich mehr Klumpen als feine Schneekristalle!
Nicht ungeduldig sein! Sonst gibt es Klumpen statt Schnee für die Schneekugeln
Nicht so ungeduldig, Sarah! An der kalten Luft kristallisiert unser „Schnee“ zu schnell!

Die Zeit, bis die Lösung abgekühlt ist, könnt ihr jedoch sinnvoll nutzen:

  • Wärmt eure Heissklebepistole auf und leimt den Styropor-Sockel in den Deckel zum Einmachglas. Achtet dabei darauf, dass der Deckel sich nachher noch auf das Glas schrauben lässt! Ihr könnt auch Sekundenkleber (eine für Styropor geeignete Sorte) benutzen. Dann müsst ihr die Klebe-Arbeiten allerdings einen Tag vor dem Anrühren der Benzoesäure erledigen, damit der Klebstoff vollständig durchtrocknen kann (sonst löst er sich beim Einfüllen der Lösung schlimmstenfalls auf!).
Der Sockel macht die Deko in der Schneekugel gut sichtbar!
Genau, Fabienne! Das Styropor-Stück ist genau so zugeschnitten, dass es in den Deckel passt und Platz für das Glasgewinde lässt. Und den kleinen Engel sieht man darauf erst richtig gut!
  • Leimt eure Dekoration auf den Sockel im Deckel. Auch nach diesem Schritt muss sich der Deckel noch aufs Glas schrauben lassen. Unsere Gips-Engel bekommen wir mit etwas Geschick noch so gerade durch die Glasöffnung. Und dank des Sockels kann man sie später auch im geschlossenen Glas gut sehen.
Die Deko-Engel sitzen fest im Deckel der Schneekugeln
Jetzt noch die Deko-Engel festleimen. Dabei hilft Fabienne gerne mit. Passt nur auf, dass die Gläser sich nachher noch zuschrauben lassen!

Wenn die Lösung und euer Heisskleber abgekühlt sind, geht es weiter:

  • Falls noch kein Schnee zu sehen ist, nachdem eure Benzoesäure-Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt ist, rührt einfach noch einmal um. Das Eintauchen des Rührstabs oder Löffels oder/und die Bewegung im Wasser bringen die verzögerte Kristallisation in Gang – und ihr erhaltet feine, funkelnde „Schneeflocken“, die euch bei Raumtemperatur erhalten bleiben!
  • Stellt das offene Einmachglas in einen Teller oder auf ein Tablett mit Rand. Rührt noch einmal kräftig, um die Schneeflocken im Wasser aufzuwirbeln, und füllt das Ganze zügig in euer Einmachglas um. 
    Nach dem Abkühlen: Der Benzoesäure-Schnee wird in die Gläser gefüllt
     Füllt dann das Glas bis zum Rand mit (raumwarmem) Wasser auf. 
    Bis zum Rand mit Wasser auffüllen, damit keine Luft in den Schneekugeln bleibt!
    In heissem Wasser könnten sich die Schneeflocken wieder auflösen. Doch das Wasser in Kathis Schnellkocher ist inzwischen auch abgekühlt.
  • Schraubt den Deckel samit Dekoration auf das volle Glas. Die Flüssigkeit wird dabei überlaufen (der Teller bzw. das Tablett fängt sie auf!). Achtet dabei darauf, dass möglichst keine Luftblasen im Glas bleiben. Schraubt das Glas sorgfältig zu, damit kein Wasser mehr hinaus kann!      
    Jetzt vorsichtig zuschrauben...
  • Trocknet das Glas mit einem Papiertuch ab. Kehrt es um und stellt es auf den Deckel: Fertig ist eure selbstgemachte Schneekugel! 
    Fertig! Unsere DIY Schneekugeln mit Benzoesäure
    Wenn ihr den Deckel – nein, der ist jetzt der Boden – noch verschönern wollt, könnt ihr eine Schleife aus Geschenkband darum binden.

Entsorgung

Benzoesäure darf nicht in die Kanalisation gelangen! Füllt die übergelaufene Lösung deshalb vom Teller oder Tablett in ein flaches, hitzebeständiges Gefäss (z.B. eine Eindampfschale oder einen ausrangierten Kochtopf) und erhitzt sie, bis das Wasser vollständig verdampft ist. Zurück bleibt ein wenig feste Benzoesäure, die ihr abkratzen und in den Restmüll entsorgen könnt. Auch die Papiertücher könnt ihr trocknen lassen und in den Restmüll entsorgen.

Grössere Mengen feste Benzoesäure müssen zur Sondermüll-Entsorgung gegeben werden. Bewahrt den Rest deshalb doch einfach im Original-Chemikalienbehälter auf bis zur nächsten Schneekugel-Bastelaktion!

Und zum Schluss halten wir alle unsere eigene Schneekugel in der Hand, starren in sie hinein, als würden wir dem Engel, der in der Kugel steckt, ein Küsschen geben wollen.

Somit ist nun alles bereit für das grosse Finale. Weihnachten kann kommen – mit einem delikaten Menu in edlem Ambiente, gleich morgen, am 24. Dezember auf MIKKI’S BLOG.

Wenn ihr Lust auf weitere weihnachtliche Experimente habt, könnt ihr zum Beispiel Christbaumanhänger aus Kristallen züchten, Lichter mit eurem DIY-Spektroskop untersuchen oder eure eigenen Christbaumkugeln verspiegeln! Spannende Geschichten über einen molekularen Weihnachtsmann in euren Zellen oder das Spektrum des Weihnachtssterns findet ihr ebenfalls in Keinstein Kiste! Ich für meinen Teil wünsche euch jetzt schon schöne und entspannte Feiertage,

Eure Kathi Keinstein

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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

P.S.:

Alle anderen Engel und ihre Türchen findet ihr hier:

Simi – www.kaffeepauseamsonntag.ch
Muriel – www.momof4.ch
Daniela – www.swissbeautylicious.ch
Rosy – www.momentswithrosy.com
Evi – develi.ch
Nina – kekoaskorner.wordpress.com
Claudia – hamerlike.ch
Peppermint – www.pm-rentadress.ch
Lynn – www.lynns-kostuemverleih.jimdo.com
Rita – www.ritasschirmwelt.ch
Steffi – www.visagistin-steffi.ch
Rene – www.artandactionstudio.lima-city.de

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DIY – Spektroskop für Licht-Forscher im Advent – Blogventskalender Türchen 8

DIY Spektroskop im Advent

Dieser Beitrag füllt das 8.Türchen von Tabeas wunderbarem Blogventskalender auf habutschu.com. Jeden Tag findet ihr dort eine neue Überraschung für einen spannenden und stimmungsvollen Advent!

Türchen 8 im Blogventskalender!

Advent, Advent, ein Lichtlein brennt…das ist die Gelegenheit, sich die Wartezeit aufs Christkind zu vertreiben und ein Geheimnis des Lichts zu erforschen: So baut ihr euer eigenes Spektroskop – mit ein paar Kleinigkeiten aus eurem Alltag!

Die meisten Lichtquellen im Alltag erscheinen uns weiss oder zumindest gelblich weiss. Dazu zählen auch die vielen Kerzenflammen, die sich in der Advents- und Weihnachtszeit Räume und Gemüt erhellen. Nun ist Weiss eigentlich gar keine Farbe, sondern ein Gemisch aus vielen Farben, das unsere Augen als weiss wahrnehmen. Und eine Farbe ist unsere Wahrnehmung der Wellenlänge der jeweiligen Lichtwelle.

Wie farbiges Licht entsteht, und was Atome mit den Farben in der Welt zu schaffen haben, erfahrt ihr in meinem Beitrag zu „Farben, Licht und Glanz„.

Der Umstand, dass Licht aus Wellen besteht und verschiedenfarbiges Licht verschiedene Wellenlängen hat, erlaubt es euch, das Wellengemisch in weissem Licht gemäss den Brechungsgesetzen der Physik nach Farben zu „sortieren“. Dazu könnt ihr entweder ein Prisma verwenden – einen geometrischen Körper aus Glas oder Kristall – oder eine CD (Compact Disc). Denn die unsichtbar feinen Rillen, in welchen die Daten auf der Scheibe aufgereiht und abgelesen werden, brechen das Licht nach den gleichen Gesetzen wie ein Prisma. Bestimmt sind euch die regenbogenfarbigen Muster auf CDs schon aufgefallen.

Tatsächlich genügt es schon, eine CD schräg ins Licht zu halten, um einen bunten Regenbogen – das Spektrum des Lichtes – zu sehen. Wenn ihr darüber hinaus die feinen Unterschiede zwischen verschiedenen Lichtquellen beobachten möchtet, müsst ihr das Licht, welches auf die CD fällt, auf einen engen Raum begrenzen. Das geht am einfachsten, indem man das Licht durch einen engen Spalt in eine ansonsten dunkle Kammer mit einer CD fallen lässt. Und genau solch eine Kammer könnt ihr euch ganz einfach bauen!

Ihr braucht dazu

  • Eine leere Keksschachtel o.Ä
  • Eine alte CD oder einen CD-Rohling (keine DVD*!)
  • Ein Cuttermesser oder eine spitze Schere
  • Ein Stück Pappe zum Unterlegen
  • Klebeband
  • Bleistift und Winkelmesser
  • Zur Verschönerung: etwas Geschenkpapier oder ähnliches

Das braucht ihr für das DIY - Spektroskop

*Eine DVD unterscheidet sich von einer CD darin, dass in der DVD mehrere Schichten mit Datenrillen übereinander liegen. So wird das Licht, das auf eine DVD fällt, auch an mehreren Schichten gebrochen. Ihr würdet deshalb mit einem DVD-Spektrometer quasi „doppelt sehen“. Funktioniert natürlich auch, kann aber stören, wenn es um die Feinheiten geht.

Wie ihr das Spektroskop baut

  • Öffnet die Keksschachtel an beiden kurzen Enden vorsichtig, sodass ihr sie flach auf den Tisch legen könnt.

Keksschachtel flach gefaltet

  • Markiert auf beiden langen, schmalen Seiten auf gleicher Höhe einen Winkel von 60°, indem ihr die beiden Schenkel über die breite Seite hinweg miteinander verbindet.

So zeichnet ihr den ersten Winkel ein!

So zeichnet ihr den ersten Winkel von 60°.


So zeichnet ihr die Verbindungslinie!

Die Verbindungslinie beginnt am oberen Schenkel des Winkels: Die 0-Linie des Geodreiecks liegt auf dem Falz der Schachtel!


So zeichnet ihr den zweiten Winkel ein!

Klappt die Schachtel um wie auf dem Bild. Der schräge Schenkel des zweiten Winkels berührt ebenfalls die Verbindungslinie. So liegen sich beide Winkel genau gegenüber, und ihr könnt später die CD hineinschieben!

  • Legt die Pappe zwischen Ober- und Unterseite der Schachtel und schneidet entlang der durchgezogenen gerade schwarzen Linien (NICHT die Unterseite der Schachtel mit einschneiden!). Entfernt das auf der breiten Seite ausgeschnittene Rechteck, sodass ein Loch zum Hineinschauen bleibt.
Das rechteckige Okular wird ausgeschnitten!

Das geschlossene Rechteck auf der breiten Seite wird ausgeschnitten. Dort könnt ihr später in das Spektroskop hinein schauen!

  • Schneidet einen waagerechten Schlitz in die Verschlusslasche am anderen Ende der Schachtel. Für einen Schlitz von 1mm Breite macht zwei parallele Schlitze und trenn das Stück Pappe dazwischen vorsichtig heraus. Für einen schmaleren Schlitz klebt einen Streifen Klebeband über den breiten Schlitz und ritzt das Band über dem Schlitz einmal ein.
Schmaler Schlitz mit Klebeband

Ein breiterer Schlitz kann mit Klebeband überklebt und anschliessend eingeritzt werden. So entsteht ein sehr schmaler Spalt, der euch ein detailreiches Spektrum beschert!

  • Faltet die Schachtel wieder auf und klebt die beiden Enden sorgfältig wieder zusammen (der Schlitz muss frei bleiben!).

Keksschachtel mit Vorzeichnung und fertiges Spektroskop

  • Schiebt die CD in den 60° geneigten Spalt (Die „Datenseite“ zeigt zum Schlitz!) und fixiert sie mit Klebeband. Achtet darauf, etwaige Ritzen sorgfältig zuzukleben, damit kein Streulicht hindurchscheinen kann. Klebt dann das Loch in der Mitte und die spiegelnde Fläche in der Nähe des Sichtlochs ab.

CD mit Klebeband fixiert

  • Wenn ihr das Spektroskop verschönern möchtet, hüllt die Keksschachtel zum Schluss in Geschenkpapier (auch hier muss der Schlitz frei bleiben!).

Das Spektroskop in weihnachtlichem Kleid

Wie ihr das Spektroskop benutzt.

Richtet den Schlitz auf eine Lichtquelle. Schliesst ein Auge und bringt das andere seitlich nah an das Sichtloch. Oder ihr schaut mit beiden Augen über das CD-Ende hinweg in das Sichtloch. Bewegt das Spektrometer ggfs. vorsichtig, bis das Licht durch den Schlitz auf die CD fällt. Ein dunkles Tuch über eurem Kopf und der Spektrometer-Dose kann dabei helfen, Streulicht auszusperren.

Spektroskop im Einsatz

Ein wenig höher als hier müsste ich es halten, damit das Licht der Kerzenflamme direkt durch den Schlitz fällt!

Sobald ihr die richtige Position gefunden habt, seht ihr Regenbogenfarben auf der schrägen CD unter dem Sichtloch: Das weisse Licht besteht aus vielen verschiedenen Farben, die alle in unterschiedlichem Winkel gebrochen werden! Alle Farben zusammen ergeben das Spektrum des Lichtes.

Wenn ihr Fotos machen möchtet, stellt das Spektroskop so ab, dass der Schlitz sich auf Höhe eurer Lichtquelle befindet. Richtet Licht und Gerät so aus, dass ihr des Spektrum im Guckloch sehen könnt.

Spektroskop in Aktion - und die Hände sind zum Fotografieren frei!

Das Spektroskop in Position: So könnt ihr das Spektrum eines Teelichts beobachten und habt die Hände zum Fotografieren frei!

Platziert dann das Objektiv eurer Kamera direkt auf dem Guckloch (ein Makro-Objektiv oder -modus ist dabei von Vorteil!). Stellt das Bild so gut wie möglich scharf und haltet beim Auslösen still. Wenn ihr ein Stativ und einen Fernauslöser verwenden möchtet, könnt ihr das Spektrometer auch auf die schmale Kante stellen, sodass das Sichtloch nach vorne zum Objektiv zeigt.

Welche Lichtspektren ihr sehen könnt

Das Spektrum einer Kerzenflamme ist durchgehend von blauviolett bis tiefrot: Die Flamme strahlt gleichmässig Licht in allen Farben ab. Wenn ihr Kochsalz in die Flamme bringt, kann im orangegelben Bereich eine hellere Linie sichtbar werden: Natrium-Atome strahlen Licht mit zwei dicht benachbarten Wellenlängen im gelben Bereich ab!

Wenn es auf eurer Strasse gelbe Strassenlaternen – Natrium-Dampflampen – gibt, könnt ihr auch in ihrem Licht die gelbe(n) Natrium-Linie(n) ausmachen!

Wenn ihr das Spektrum der Sonne betrachtet (Achtung! Beim Ausrichten NIE direkt in die Sonne schauen!), erscheinen feine, dunkle Linien im Regenbogen: Die Sonnen-„Atmosphäre“ enthält verschiedene Atome, vor allem Wasserstoff und etwas Helium, die Licht mit bestimmten Wellenlängen schlucken, sodass es nicht hier auf der Erde ankommt. Deshalb können Astronomen mit Hilfe von Spektrometern herausfinden, welche Atome in Sternen enthalten sind! Mehr dazu erzähle ich in meiner Weihnachtsgeschichte um das Spektrum des Weihnachtssterns.

Das Spektrum einer Leuchtstoffröhre besteht aus mehreren dicken, voneinander getrennten farbigen Linien. In Leuchtstoffröhren wird mit Hilfe von Quecksilberdampf UV-Licht erzeugt, dass Leuchtstoffe auf der Innenwand der Röhre zur Fluoreszenz bewegt: Das UV-Licht hebt Elektronen auf bestimmte höhere Energieniveaus, von wo sie in wohldefinierten Schritten zurückkehren und dabei Licht mit ganz bestimmten Wellenlängen, die wir im Spektrum sehen, abstrahlen.

Welche Spektren findet ihr noch? Weitere Anregungen und tolle Fotos findet ihr auf dieser (englischsprachigen) Seite!

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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

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Funkelnder Christbaumschmuck – Kristalle selber züchten

Heute ist es endlich soweit! Ich habe das erste Türchen des diesjährigen Monstamoons-Adventskalenders bestücken dürfen! Bei den Monstamoons erfahrt ihr heute, wie ihr ganz einfach Kristalle züchten und wunderschönen Advents- und Christbaumschmuck daraus herstellen könnt!

Das Artikelbild gibt euch einen ersten Eindruck. Alles, was ihr braucht, ist Kali-Alaun, das ihr in der Apotheke bestellen könnt, destillatgleiches Wasser (das es zum Beispiel zum Bügeln/Glätten im Supermarkt gibt) und ein paar Kleinigkeiten aus dem Haushalt. Und natürlich etwas Geduld – aber die lohnt sich. Das Ergebnis begeistert (nicht nur) mich nämlich total!

Schaut euch die Bastelanleitung vollständig an, bevor ihr loslegt – und dann wünsche ich euch viel Spass beim Kristalle züchten!

Adventskränzchen 2019
Dieser Beitrag ist Teil des Adventskränzchens 2019.
Weitere Beiträge zum Tagesthema „Festliches von Hand gemacht“ findet ihr auf:
https://50percentgreen.de
https://wilder-hearts.de/

Seit Dezember 2017 gibt es bei den Monstamoons zudem noch viele weitere tolle Bastelideen für Christbaumschmuck aus den verschiedensten Materialien. Es lohnt sich also, auch während des restlichen Dezembers wieder dort vorbei zu schauen.

Eine fröhliche und besinnliche Adventszeit wünscht euch

Eure Kathi Keinstein

Adventskalender 2017 auf www.monstamoons.at
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[Werbung] 3 Forscher-Spiele mit dem Orbit – Molekülbaukasten

Wie kann man mit einem Molekülbaukasten den Aufbau der Natur erforschen?

Ich habe für diesen Artikel ein Rezensionsexemplar des Orbit-Molekülbaukastens (Profi-Set) erhalten. Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation. Der Artikel enthält ausserdem Affiliate-Links aus dem Amazon-Partnerprogramm (gekennzeichnet mit (*) – (*) ) – euch kosten sie nichts, mir bringen sie etwas für meine Arbeit ein.

In Keinsteins Kiste erkläre ich viele Phänomene mit Stoffteilchen, die auch für jüngere oder mit wenig Grundkenntnissen ausgestattete Chemiebegeisterte verständlich sind. Früher oder später wird dabei aber die Frage laut, wie diese Teilchen denn eigentlich aussehen. Schliesslich hört oder liest jeder irgendwann einmal von Atomen und Molekülen.

Die Chemie beschäftigt sich tatsächlich damit, wie sich Atome, die „zweitkleinsten“ Materie-Bausteine der Chemiker , zu Molekülen und anderen Strukturen zusammenfügen lassen (die kleinsten Teilchen, die in der Chemie eine Rolle spielen, sind Elektronen – die Kernteilchen sind eher Sache der Physiker). Dazu gibt es einen Haufen Mathematik und Regeln, die zu verschiedenen Modellen führen – und ganze Bücher füllen.

Schon als Jugendliche habe ich mich für diese Regeln interessiert und nach diesen bzw. nach Augenmass mein erstes Buckminster-Fulleren aus Wattekugeln und Zahnstochern zusammengebastelt.

Für Chemiebegeisterte, die ohne langwieriges Büffeln Moleküle erforschen wollen, gibt es Molekülbaukästen – da sind die Regeln in den Bausteinen schon drin. Wie zum Beispiel im Orbit-System vom Verlag Wiley-VCH (*Affiliate-Link!*).

 

Was enthält ein Molekülbaukasten?

Ein Molekülbaukasten funktioniert ganz ähnlich wie Lego-Bausteine – nur dass er statt bunten Modell-„Ziegelsteinen“ farbige Modelle für Atomrümpfe enthält. Diese Atomrümpfe haben – ganz wie Legosteine – vorspringende Noppen, mit deren Hilfe die Atome miteinander verbunden werden können. Das Besondere am Molekülbaukasten – ganz speziell beim Orbit-System – ist, dass diese Noppen genau so angeordnet sind, wie die Regeln der Chemie es vorsehen. Die Winkel zwischen von einem Atom ausgehenden Bindungen sind also genau vorgegeben, sodass man sich als Molekül-Baumeister darum keine Gedanken machen muss!

Was bedeuten die Farben der Atomrümpfe?

Die Chemiker haben sich auf feste Farben für wichtige Atomsorten geeinigt, die sich in nahezu allen Modellen und Baukastensystemen wiederfinden. Hier ist eine Übersicht über die wichtigsten Atomrümpfe mit der regelgerechten Anzahl Bindungen im Profi-Set von Orbit:

Liste der Atom-Rümpfe im standardisierten Farbcode

Da es sich um ein Profi-Set handelt, finden Profis darin eine ganze Reihe weiterer Varianten mit zusätzlichen oder weniger Bindungsnoppen, mit denen nichtbindende Elektronenpaare dargestellt bzw. weggelassen oder Komplexverbindungen gebaut werden können.

Wie verbindet man die Atome zu Molekülen

Die Orbit-Baukästen enthalten passgenaue Kunststoffröhren, die über die Noppen der Atomrümpfe geschoben werden können. Eine solche Kunststoffröhre ist ein Modell für ein Elektronenpaar, das sich zwei Atome teilen, wenn sie eine Bindung bilden. Die Orbit-Kästen enthalten drei Sorten Kunststoffröhren, die für die selbe Sorte Elektronenpaar stehen und nur ihrem Einsatz im Modell angepasst sind:

Bindungs-Röhrchen im Orbit Molekülbaukasten

Laut der Inhaltsliste in der Dokumentation sollte (nicht nur) das Profi-Set „normale“ Bindungen ein drei Längen enthalten. Leider fehlen in meinem Rezensionsexemplar die kurzen und sehr langen Bindungen komplett, sodass mir die massstabsgetreue Darstellung unterschiedlicher Bindungslängen (Doppelbindungen sind z.B. kürzer als Einfachbindungen!) und die farbige Hervorhebung von Komplexbindungen nicht möglich sind!

 

3 Spiele und Herausforderungen mit einem Molekülbaukasten

1.) Wett-Bauen nach Anleitung

Variante für Anfänger:

Die Faltblatt-Dokumentation zum Orbit-Molekülbaukasten enthält Fotografien von vielen Molekülmodellen. Die allermeisten könnt ihr mit einem Profi-Set nachbauen. Wer kann in vorgegebener Zeit die meisten Molekülmodelle nachbauen? Wenn ihr vermeiden möchtet, dass euch die Bauteile ausgehen: Macht von jedem fertigen Molekül ein Beweis-Foto (z.B. mit dem Handy) und nehmt es bei Bedarf wieder auseinander.

Variante für Fortgeschrittene:

In Chemiebüchern oder im Internet findet ihr unzählige sogenannte „Strich-“ oder „Lewis-„Formeln für Moleküle. Schreibt solche Formeln auf kleine Karteikarten, die ihr stapeln könnt (fertigt dabei für jeden Mitspieler einen gleichartigen Stapel an).

Die Buchstaben in den Strichformeln stehen für die jeweiligen Atomrümpfe, ein Strich steht für ein Verbindungsröhrchen (zwei parallele Striche stehen für eine Doppelbindung, die mit den flexiblen Röhrchen dargestellt werden kann).

Wassermolekül: Strichformel und Modell
Ein Wassermolekül aus einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoff-Atomen: Links die Strichformel (die Bindungen sind besonders lang gezogen, um die Grössenverhältnisse des Modells nachzuempfinden), rechts das Orbit-Modell

Durchmischt jeden Stapel einzeln, dann startet gemeinsam auf ein Zeichen. Wer kann zuerst alle Moleküle seines Stapels nachbauen (macht von jedem fertigen Modell ein Beweisfoto!)? Überprüft eure Modelle bzw. Beweisfotos gemeinsam – ein nicht korrektes Modell bedeutet einen Strafpunkt (vereinbart diesen vorher: Zurückversetzung in der Rangfolge, ein Pfand abgeben,…)!

 

2.) Challenge: Isomere finden

Ein Beispiel: Baut ein Ethanol-Molekül (wie auf dem Bild). Nehmt das Molekül wieder auseinander und setzt die Atome (und nur die!) und Bindungsröhrchen anders wieder zusammen – zum Beispiel so wie rechts auf dem Bild.

Isomere: Ethanol und Dimethylether
Strichformeln und Modelle: Oben: Ein Ethanol-Molekül,(Ethanol ist der „Alkohol“ zum Trinken), Unten: Ein Dimethylether-Molekül, das ihr aus den Atomen des Ethanol-Moleküls bauen könnt (Dimethylether ist ein Lösungsmittel, das sich nicht mit Wasser mischen lässt). Diese beiden Moleküle sind Isomere!

Verschiedene Moleküle, die aus dem gleichen Satz von Atomen bestehen, nennt man Isomere!

Nun zur Challenge:

Baut für jeden Mitspieler das gleiche Molekül – ich empfehle organische Moleküle mit 3 bis 5 Kohlenstoff-Atomen (je mehr Atome das Molekül enthält, desto mehr Isomere sind möglich). Räumt dann alle anderen Bauteile beiseite. Startet auf ein Zeichen gemeinsam und nehmt eure Moleküle auseinander.

Wer findet (in einem vorgegebenen Zeitrahmen) die meisten unterschiedlichen Isomere?

Macht von jedem fertigen Modell ein Beweisfoto, bevor ihr es wieder auseinander nehmt! Und dreht und wendet ein fertiges Modell, um zu prüfen, ob es nicht doch mit einem seiner Vorgänger identisch ist.

Ihr könnt diese Challenge auch allein spielen und euch einen Zeitrahmen vorgeben. Wenn sie euch zu leicht erscheint, nehmt für euer Ausgangs-Molekül zunehmend mehr (Kohlenstoff-)Atome.

 

3.) „Kreativ-Modus“: Denke dir eigene Moleküle aus

Lasst eurer Kreativität freien Lauf und baut die Atome so zusammen, wie es euch in den Sinn kommt. Der Baukasten gibt dabei die Grundregeln der Chemie vor. Gebt eure Kreationen an einen Mitspieler weiter und lasst ihn eine Strichformel dazu zeichnen. Wer bringt den Kopf seines Partners zum Rauchen?

Für Fortgeschrittene, die die IUPAC-Namensregeln oder/und die Trivialnamen vieler Verbindungen kennen: Lasst euren Partner einen Namen für eure Kreationen bzw. die Strichformel dazu nennen.

 

Kleiner Bonus zum Advent

Wenn schon immer mal chemiker-mässigen Baumschmuck haben wolltet, könnt ihr den Orbit-Baukasten auch ein wenig „zweckentfremden“: Die Löcher in manchen Atomrümpfen, die eigentich zur Ergänzung weiterer (Komplex-)Bindungen gedacht sind, eignen sich wunderbar dafür, einen Faden hindurch zu ziehen. So könnt ihr eure Modelle ganz einfach an den Weihnachtsbaum oder Adventsstrauch hängen und die kleinen Kunstwerke aus der Natur in besinnlichen Stunden ganz in Ruhe betrachten.

Norbornan als Weihnachtsschmuck
Ein Orbit-Modell am Bindfaden als Adventsschmuck (es handelt sich um das Norbornan-Molekül, das auf dem Cover des Baukastens abgebildet ist – ich habe es für das Bild gedreht)

Achtet nur darauf, dass die Kunststoffteile nicht über einer Kerze zu hängen kommen – die Hitze der Flamme würde den Kunststoff zerstören!

 

Übersicht über alle im Baukasten enthaltenen Teile

In der Dokumentation sind alle im Profi-Set und ebenso die im günstigeren Basis-Set enthaltenen Teile aufgelistet:

Alle Teile im Orbit-Baukasten

Ich habe nachgezählt: 2 Atomrümpfe sind in meinem Exemplar zu viel – dafür fehlen leider alle Bindungen mit 2 cm bzw. 5 cm Länge (ausser den flexiblen „Bananen-Bindungen“). Für die vorgestellen Spiele werden diese aber nicht zwingend benötigt.

 

Fazit

Die Orbit-Baukästen sind nicht neu – ich habe schon vor rund 20 Jahren damit gebaut, nachdem mir die Wattekugeln nicht mehr genug waren. Die lassen sich nämlich nur einmal gut verbauen. Damals waren die Atomrümpfe allerdings noch kleiner, die Bindungsröhrchen filigraner. Die heutigen Bauteile sind damit leichter zu handhaben und fühlen sich robuster an. Die „extra dicken“ Röhrchen für drehbare Bindungen machen Hoffnung, dass genau solche Bindungen mit der neuen Generation weniger schnell „ausleihern“ als früher. Auch die Sortierbox – wenngleich knapp dimensioniert – ist ein grosser Gewinn gegenüber früheren Verpackungen.

Für alte Molekülbau-Hasen wichtig: Durch den Grössenunterschied sind die Orbit-Baukästen der neuen Generation nicht mit allen älteren Generationen kompatibel! In sofern hoffe ich als Didaktikerin, dass künftig auch für die neue Generation Spezialkits zur Ergänzung für grössere organische Moleküle und Ionengitter erscheinen.

Und noch mehr hoffe ich, dass die Sets, die in den Verkauf gelangen, anders als mein Rezensions-Exemplar vollständig sind! Dann nämlich sind die Orbit-Kästen für Schüler, Studenten und ihre Lehrer ein präzises Hilfsmittel, um die oft sehr abstrakten Gegenstände der Chemie – Moleküle und andere Atom-Gemeinschaften – greifbar und erlebbar zu machen.

Wenn ihr euch einen Orbit-Baukasten der neuen Generation anschafft oder schon einen besitzt, freue ich mich sehr über eure Erfahrungen in Sachen Vollständigkeit – und werde auch selbst die Augen nach Kundenrezensionen offen halten. Wenn ich mehr weiss, lasse ich es euch hier wissen!

 

Wo ihr einen Molekülbaukasten kaufen könnt

Wenn ihr nun Lust zum Bauen, Spielen und Erforschen habt, könnt ihr die Kästen übrigens hier bestellen – und mir so eine kleine Beteiligung daran zukommen lassen, ohne dass es euch mehr kostet:

*Es folgt ein Affiliate-Link! (falls nicht sichtbar, schaltet einfach für Keinsteins Kiste euren Ad-Blocker aus!)*

Ich wünsche euch viel Spass beim Bauen und Spielen!

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Eisen in der Ernährung – Sind eisenhaltige Nahrungsmittel rot?

Enthalten rote Nahrungsmittel Eisen?

Eisen als Nährstoff ist heute das Thema in der Alltagskiste: Warum sagt man, dass rotes Essen gesund und gut fürs Blut ist? – fragt eine Leserin.

Auch meine Eisenwerte sind nie die besten gewesen. So riet auch mir einst eine Hausärztin, rotes Fleisch und – weil gerade Frühling war – Erdbeeren zu essen. Rote Nahrungsmittel sollen das Metall liefern, welches für seine roten Oxide – kurzum: Rost – bekannt ist? Das schien mir schon damals ein Zufall zu sein. Mein jetziger Hausarzt sagt zudem, es sei ganz schwierig, Eisen über den Verdauungstrakt in den Körper hinein zu bekommen. Eine einzelne Infusion direkt ins Blut fülle dagegen die Eisenspeicher effektiv wieder auf.

Aber wozu die ganze Mühe? Und was hat es mit dem roten Essen auf sich?

 

Wozu brauchen wir Eisen?

Eisen-Ionen sind unverzichtbare Bestandteile von Enzymen, die im Stoffwechsel verschiedene Aufgaben übernehmen. Die bekannteste Aufgabe des Eisens ist jedoch der Sauerstofftransport in den roten Blutkörperchen. In meinem Artikel über die spannendste Chemikalie der Welt könnt ihr nachlesen, wie der eisenhaltige rote Blutfarbstoff, das „Häm“ im Protein Hämoglobin, als „Lieferwagen“ für Sauerstoffmoleküle funktioniert.

Wir brauchen also Eisen-Ionen, damit unser Stoffwechsel sie in rote Blutzellen einbauen und zum Lieferdienst durch unseren Blutkreislauf schicken kann. Das heisst allerdings auch: Wenn irgendwo Blutzellen verloren gehen, kann der Körper das Eisen darin abschreiben. Und da bekanntlich überall Schwund ist, verliert ein erwachsener Mensch am Tag unweigerlich 1 bis 2 Milligramm Eisen.

Das ist allerdings kein grosses Problem, zumal unsere westliche Nahrung reichlich Eisen enthält, das wir über die Verdauung aufnehmen können. Und für den Fall, dass der Mensch sich mal verletzt oder anderweitig über Gebühr Blut verliert, ist der Körper mit Eisenspeicherproteinen wie Ferritin und Hämosiderin ausgerüstet, welche schnell verfügbare Eisen-Reserven bereithalten.

Doch auch solche Speicher können leer werden, wenn sie stark oder/und dauerhaft beansprucht werden. Schon die monatliche Menstruationsblutung kann eine erhebliche Zusatzbelastung darstellen. Davon kann auch ich ein Lied singen: Pro 2 ml Blut gehen laut Wikipedia etwa 1 mg Eisen verloren – bei 30 bis 60 ml Blut während eines Menstruationszyklus macht das 15 bis 30 Milligramm, also mindestens einen halben zusätzlichen Monatsverlust innerhalb einer Woche! Und ich blute gefühlt eher 60 als 30 Milliliter je Zyklus. Da ist es kein Wunder, dass meine Eisenspeicher selten gut gefüllt sind.

Und wenn die Speicher leer sind, dann droht Eisenmangel, der im schlimmsten Fall zu einer Blutarmut (Eisenmangel-Anämie) führen kann. Deshalb sind Ratschläge zu einer ausreichenden Eisenzufuhr auch in aller Munde.

 

Wo ist Eisen drin?

Viele denken nun sicher an Nägel und andere Metallteile. Die könnten als Eisen-Lieferanten theoretisch sogar funktionieren, da unsere Magensäure die Atome des unedlen Metalls zu verwertbaren Eisen-Ionen (Fe2+) oxidieren können sollte. Allerdings sind Nägel im Magen wenig bekömmlich und Eisen in solch rauhen Mengen überdies giftig. So sind wir gut beraten, unser Eisen direkt in Form von Eisen-Ionen aufzunehmen.

Und Eisen-Ionen findet man reichlich in Muskelfleisch: Dieses enthält das Protein Myoglobin, welches wie das Hämoglobin im Blut eisenhaltiges Häm enthält, um Sauerstoff von den Blutgefässen in die einzelnen Muskelzellen transportieren zu können.

Auch viele Pflanzen enthalten Eisen – allerdings oft in Form von Fe3+-Ionen, die ausserdem teilweise noch an Kohlenhydrate gebunden sind. Da der menschliche Körper nur mit Fe2+-Ionen etwas anfangen kann, muss er das pflanzliche Fe3+ erst von den Kohlenhydraten los bekommen und zu Fe2+ reduzieren. Eisen über diese Umwege aufzunehmen ist so „mühsam“, dass ein guter Teil davon den Verdauungstrakt ungenutzt wieder verlässt. Physiologen und Ernährungsexperten sagen, es ist „schlecht bioverfügbar“.

Allerdings können auch Pflanzen Ferritin und darin gespeichertes Eisen enthalten – dieses ist deutlich besser bioverfügbar als freies Fe3+.

 

Wie kommt das Eisen in unseren Körper?

Eisen wird vornehmlich im Zwölffingerdarm – also dem ersten Dünndarmabschnitt gleich nach dem Magen – aufgenommen. Dort trifft der stark saure Mageninhalt mit basischen Sekreten zusammen, die die Magensäure neutralisieren. So lange ihre Umgebung sauer ist, lösen sich Fe2+– und Fe3+-Ionen gut in Wasser. Bei neutralem oder basischem pH-Wert tun sich jedoch besonders Fe3+– und OH–-Ionen zu unlöslischen Eisen-Hydroxiden zusammen, die nicht vom Körper aufgenommen werden können.

Deshalb müssen Fe3+-Ionen vor der vollständigen Neutralisation aus (pflanzlicher) Nahrung herausgelöst (das geschieht schon im Magen), reduziert und von den Darmzellen aufgenommen werden. Für den letzten Schritt ist ein spezielles Protein zuständig, das zweifach positiv geladene Metall-Ionen (neben Fe2+ auch Zink-, Mangan-, Cobalt- und viele andere nützliche und weniger nützliche Ionen) aus dem Darminhalt in die Zellen pumpen kann. Im Menschen-Darm dient dieses Protein allerdings vornehmlich dem Transport von Eisen.

Wenn dieses Tansport-Protein aus irgendeinem Grund nicht funktioniert (zum Beispiel weil das Gen dafür defekt ist), bleibt nur noch ein effektiver Weg für die Eisen-Aufnahme: Die Aufnahme von kompletten Häm-Molekülen samt darin gebundener Fe2+-Ionen durch dafür geschaffene Transport-Proteine. Und die Häm-Moleküle finden sich wie bereits erwähnt in Muskelfleisch.

Der grosse Vorteil dieses Weges besteht darin, dass das Häm das Eisen vor unerwünschten Reaktionen schützt. Der pH-Wert seiner Umgebung ist dem Häm-Eisen und seinem Transporter damit ziemlich egal. Auch von anderen Stoffen, die die Aufnahme von freiem Eisen behindern können, zeigt das Häm-Eisen sich unbeeindruckt.

 

Was stört bei der Eisenaufnahme? Was hilft?

Eisen-Ionen können mit vielen organischen Stoffen sogenannte Komplex-Verbindungen bilden, in welchen die elektronenreichen organischen Moleküle den positiv geladenen Eisen-Ionen ganze Elektronenpaare „ausborgen“ (mehr zur Komplexbildung könnt ihr bei meiner Grillparty erfahren). Das Ergebnis einer solchen Leihgabe kann so „bequem“ (also energietechnisch günstig) ausfallen, dass diese Komplexe sich nicht ohne weiteres wieder zerlegen lassen. In solch stabilen Komplexen gefangene Eisen-Ionen können damit nicht mehr aufgenommen werden.

Stoffe, die Eisen in schwer löslichen Komplexen „fangen“, sind zum Beispiel

  • Pflanzliche Polyphenole (Hülsenfrüchte, Tannine in schwarzem Tee)
  • Phytate, die Salze der Phytinsäure (Getreide, Nüsse, Hülsenfrüchte)
  • Polysaccharide (also verkettete oder vernetzte Zucker-Moleküle) ausser Stärke (Getreide)
  • Oxalate, die Salze der Oxalsäure
  • Phosphat-Anionen

Wer also seinen Eisenbedarf mit pflanzlicher Nahrung decken möchte, ist gut beraten, Zutaten mit diesen Inhaltsstoffen in eisenhaltigen Mahlzeiten zu meiden (laut der Eisen-Infoseite der Uniklinik Hamburg-Eppendorf kann eine einzige Tasse schwarzen Tees zum Essen fast eine ganze Eisen-Mahlzeit „unbrauchbar“ machen!).

Die Eisenaufnahme fördern kann dagegen Vitamin C (Ascorbinsäure) in der Nahrung. Dieses Vitamin wirkt nämlich reduzierend (weshalb es auch als „Antioxidans“ bekannt ist) – auch auf Fe3+-Ionen, die durch die zeitige Reduktion zu Fe2+-Ionen vor dem „Gefangenwerden“ geschützt werden.

Der sicherste Weg zur effektiven Eisen-Aufnahme führt letztlich über das Häm-Eisen aus dem Myoglobin im Fleisch, das nicht von Komplexbildnern abgefangen und so ohne Verlust mit allem gegessen werden kann.

 

Was tun bzw. essen bei Eisenmangel?

Die genannten Hindernisse machen es schwer, wenn nicht gar unmöglich, entleerte Eisenspeicher durch blosses Essen wieder aufzufüllen. Deshalb können Ärzte Eisenpräparate zum Einnehmen als Nahrungsergänzung verschreiben. Solche Mittel enthalten in der Regel „freie“ oder in leicht zerlegbaren Komplexen gebundene Fe2+-Ionen und oft ein Antioxidans, das die Rolle des Vitamin Cs übernimmt. Damit soll das Eisen bestmöglich bioverfügbar gemacht werden. Gegen die oben genannten „Eisenfänger“ sind jedoch auch solche Nahrungsergänzungsmittel nicht gefeit, sodass sie wirkungslos werden, wenn man sie mit der falschen Begleit-Nahrung einnimmt.

Deswegen wird meist die Einnahme auf nüchternen Magen empfohlen – denn keine Begleitung ist zumindest keine falsche Begleitung. Zudem muss Eisen als Nahrungsergänzung oft über Monate eingenommen werden, bis die Eisenspeicher wirklich wieder aufgefüllt sind. Vegetarier und Veganer sind überdies gut beraten, ihre Eisenreserven im Blick zu behalten und ggfs. dauerhaft Eisenpräparate einzunehmen, da ihnen das Häm-Eisen als wichtige Quelle fehlt.

So kann ich nachvollziehen, dass mein Hausarzt mir und sich die Mühe mit allenfalls mässigen Erfolgsaussichten nicht machen wollte und mir das Eisen direkt ins Blut befördert hat.

 

Rotes Essen zum Erhalt vorhandener Eisen-Reserven?

So lange die Eisenspeicher noch nicht entleert sind und es nur gilt, einen möglicherweise erhöhten Eisenverlust bzw. -bedarf auszugleichen, ist fleischhaltige Nahrung die sicherste Quelle dafür. Denn Fleisch enthält Myoglobin und damit Häm-Eisen – und sieht deshalb in rohem Zustand rot aus. In sofern gibt es beim Fleisch tatsächlich einen Zusammenhang zwischen roter Farbe und Eisengehalt.

Bei rotem Obst und Gemüse dürfte das Zusammentreffen von roter Farbe (die vornehmlich ein Zeichen von Reife ist) und Eisengehalt eher zufällig sein – zumal vorhandenes Eisen noch lange nicht bioverfügbar sein muss!

 

Fazit

Die Aufnahme von Eisen über die Verdauung ist nicht einfach. Am einfachsten wird Häm-Eisen aufgenommen, eine Eisenverbindung, die tatsächlich rot und ein Bestandteil von Fleisch ist.

Die Aufnahme von pflanzlichem Eisen ist komplizierter und wird durch viele andere Pflanzen-Inhaltsstoffe erheblich beeinträchtigt. So enthalten viele als eisenreich geltende Pflanzen (Hülsenfrüchte, Nüsse, Spinat,…) auch Komplexbildner, die das Eisen unbrauchbar machen können – und sind zudem nicht rot.

Dass Erdbeeren, laut meiner einstigen Hausärztin eine gute Eisenquelle, rot sind, ist demnach ein Zufall. Der Mythos, dass rote Pflanzenteile viel Eisen enthalten, könnte darauf zurückgehen, dass Eisen für seine roten Oxide wie Rost oder Hämatit weithin bekannt ist und so mit dieser Farbe in Verbindung gebracht wird.

Und wie steht es um euren Eisenhaushalt? Wie stellt ihr eure Versorgung mit diesem Mineralstoff sicher?

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Schnelle „Lavalampe“ im Glas – Eine Frage der Dichte

Lavalampe im Glas

Ihr kennt sie bestimmt – die spacige Leuchte, die in den 1970ern erstmals trendete: Die Lavalampe. Ich habe sie als Teenager während ihres Wiederauflebens in den 1990er Jahren kennengelernt und bestimmt so manche Stunde die auf- und absteigenden lavaartigen Blasen darin beobachtet.

Heute verrate ich euch, wie die geheimnisvollen Lavalampen funktionieren – und wie ihr den Effekt mit einem schnellen, einfachen Experiment nachstellen könnt!

 

Wie funktioniert eine Lavalampe?

Eine Lavalampe enthält zwei unterschiedlich farbige Flüssigkeiten, die sich nicht miteinander mischen. Wenn man die Lampe einschaltet, beginnt die eine Flüssigkeit in lavaartigen Blasen in der anderen Flüssigkeit aufzusteigen – und nach ein wenig Zeit wieder abzusinken. Doch was bewegt die „Lava“ in der Lampe?

Die Dichte ist der Schlüssel

Zu den ganz „persönlichen“ Eigenschaften jedes Stoffs zählt das Gewicht, welches eine ganz bestimmte Menge dieses Stoffs auf die Waage bringt. Mit anderen Worten: Ein Liter massives Holz ist leichter als ein Liter Wasser. Beides können wir problemlos mit einer Hand heben. Einen Liter Blei zu heben, würde jedoch eine grosse Kraftanstrengung erfordern: Blei ist sehr viel schwerer als die beiden erstgenannten Stoffe.

Physiker und Chemiker sagen: Blei hat ein viel höheres spezifisches Gewicht – bzw. eine viel höhere Dichte – als Wasser oder Holz.

Wie kommt das?

Das Metall Blei besteht sehr dicht gepackten Atomen, deren Atomkerne wiederum aus vielen, d.h. über 200 dicht gepackten Kernteilchen bestehen. Dahingegen besteht Wasser aus Wasserstoff- (1 Kernteilchen) und Sauerstoff-Atomen (16 Kernteilchen), die in kleinen, gegeneinander leicht beweglichen Molekülen miteinander verbunden sind. Diese Anordnung braucht deutlich mehr Platz als die Atom-Packung im Metall.

Kurz und kindgerecht gesagt: Die Blei-Teilchen sind tatsächlich „dichter“ beieinander als die Wasserteilchen, sodass in einem Liter Blei mehr Teilchen auf der Waage liegen und so mehr Gewicht zusammenbringen als in einem Liter Wasser.

Von der Dichte zur Schwimmfähigkeit

Wenn man zwei Flüssigkeiten, die sich nicht ineinander lösen, zusammengibt, schwimmt stets die weniger dichte Flüssigkeit auf der dichteren (das gilt übrigens auch für feste Körper in Flüssigkeiten – so lange man Begleitumstände wie Oberflächenspannung oder das geschickte Ausnutzen des Auftriebs durch Formgebung vernachlässigen kann).

Damit ein Stoff abwechselnd auf einer Flüssigkeit schwimmen und darin sinken kann, muss er also seine Dichte ändern.

In der Lavalampe: Dichteänderung durch Temperatur

Für die meisten Stoffe gilt: Wenn sie wärmer werden, nimmt ihre Dichte ab. Das liegt daran, dass die Teilchen eines Stoffes um so zappeliger sind, je wärmer sie es haben. Die Temperatur eines Stoffes ist damit ein Mass für die Zappeligkeit seiner Teilchen. Und Teilchen, die zappelig sind – also in ihrer festen Anordnung hin und her schwingen oder in einer Flüssigkeit oder einem Gas umeinander wuseln, brauchen dafür mehr Platz als ruhigere Teilchen. So finden in einer warmen Portion eines Stoffs weniger Teilchen Platz als in einer kalten Portion des selben Volumens.

Deshalb ist unten im Sockel einer Lava-Lampe eine Heizung eingebaut. Diese Heizung erwärmt die „Lava“, die im kalten Zustand dichter ist als die klare Flüssigkeit um sie herum. Sobald die Dichte der „Lava“ unter die Dichte der klaren Flüssigkeit sinkt, steigt die Lava brockenweise auf bis ans obere Ende des Gefässes (die Nicht-Mischbarkeit der Flüssigkeiten sorgt dabei für die runden Formen: nicht-mischbare Stoffe bevorzugen möglichst kleine Grenzflächen zueinander!).

Oben im Lampengefäss ist es kühler, sodass die „Lava“ abkühlt und ihre Dichte zunimmt. Sobald sie die Dichte der klaren Flüssigkeit übersteigt, sinken die Lavabrocken wieder auf den Boden der Lampe, wo sie wiederum erwärmt werden.

Dabei sind die beiden Flüssigkeiten so gewählt, dass ihre Dichten sehr nah beieinander liegen. So genügen wenige Grad Temperaturunterschied, um das Verhältnis der Dichten umzukehren.

Experiment: Lava-Effekt im Glas

Du kannst das Geschehen in einer Lavalampe ganz einfach und ohne Heizung – dafür weniger dauerhaft – mit ein paar Haushaltszutaten nachstellen!

Du brauchst dazu

  • Ein hohes Trinkglas oder ähnliches Glasgefäss
  • Leitungswasser
  • Speiseöl
  • Kochsalz
  • Teelöffel
  • Evtl. Lebensmittelfarben

So führst du das Experiment durch

  • Fülle das Glas halb mit Wasser
  • Gib dann Speiseöl vorsichtig dazu (das Öl schwimmt auf dem Wasser – seine Dichte ist geringer als die von Wasser!), bis sich eine mindestens 1 cm dicke Schicht gebildet hat

Öl schwimmt auf Wasser

  • Streue vorsichtig erst wenig, dann mit dem Teelöffel mehr Salz in das Öl

Das kannst du beobachten

Das Salz fällt durch die Ölschicht, ohne dass es sich auflöst. An der Grenzfläche zwischen Öl und Wassser lösen sich Tropfen aus der Ölschicht und fallen mit dem Salz durch das Wasser auf den Glasboden. Binnen einiger Sekunden lösen sich die Ölblasen wieder vom Glasboden und steigen wieder zur Ölschicht auf. Das Salz bleibt am Glasboden zurück. Mit mehr Salz lässt sich das beliebig wiederholen.

Lavalampe in Aktion

Wenn du es spektakulär und farbig magst, kannst du Öl und Wasser auch mit unterschiedlichen Lebensmittelfarben einfärben und so eine ganz bunte „Lavalampe“ kreieren.

Was passiert im Glas?

Kochsalz löst sich nicht in Öl (so wie Öl sich nicht in Wasser löst). Die Dichte des Gemischs aus Öl und Salz ist allerdings grösser als die von Wasser. So sinkt das Öl-Salz-Gemisch durch das Wasser nach unten.

Salz löst sich sehr gut in Wasser: Es zieht die Wechselwirkung mit Wasser derer mit dem Öl vor: Das Salz sinkt innerhalb der Öltropfen nach unten (Salz ist sowohl dichter als Öl, als auch dichter als Wasser), soweit es nicht sogar vom umgebenden Wasser herausgelöst (extrahiert) wird. Das salzfreie Öl mit geringerer Dichte löst sich schliesslich von dem Salz am Boden des Glases ab und steigt wieder zur Ölschicht auf.

So lange du noch Salz zum Nachstreuen hast, kannst du diesen „umgekehrten“ Lavalampen-Effekt immer wieder beobachten!

Entsorgung

Wasser, Öl und Salz sind Lebensmittel, die in den Abfluss entsorgt werden können. Seife hilft dabei, Ölreste vom Glas zu lösen.

Und nun wünsche ich dir viel Spass mit deiner Lava im Glas!

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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

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WC-Reiniger: Mit Säure gegen Kalk und Urinstein

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WC-Reiniger enthalten Säure : Achtung ätzend!

Wie funktioniert WC-Reiniger? Gibt es Hausmittel-Alternativen? Dies sind die Leser-Fragen der Woche.

Die meisten unter euch kennen sie wahrscheinlich – wie ich – als relativ dicke, knallig gefärbte Flüssigkeit aus der Flasche mit dem seltsamen Entenhals. Doch die Mutter aller WC-Reiniger war ein festes Granulat zum Aufschäumen. Farbgebung und Geruch dieser Substanzen lassen auch den Otto-Normalverbraucher erahnen, dass mit ihnen nicht zu spassen ist. Doch was verbirgt sich wirklich dahinter?

Woraus bestehen WC-Reiniger?

Die vielleicht wichtigsten – und oft nicht auf der Verpackung aufgeführten – Bestandteile von flüssigen WC-Reinigern sind Säuren. Das können Salzsäure (HCl), Phosphorsäure (H3PO4) oder Salpetersäure (HNO3) sein. Diese Säuren verleihen dem üblichen WC-Reiniger einen pH-Wert von etwa 1 (ich habe das mit einem einfachen pH-Streifen an dem Reiniger aus der Entenhals-Flasche nachgemessen!), was in etwa unserer Magensäure entspricht.

Dazu kommen Tenside, also „Seife“, Farb- und Duftstoffe sowie irgendeine Form von Verdickungsmittel.

Feste WC-Reiniger-Granulate enthalten zusätzlich Salze wie Soda (Natriumcarbonat, Na2CO3) oder Natron (Natriumhydrogencarbonat, NaHCO3), die in Wasser mit sauren Bestandteilen reagieren und dabei CO2-Gas freisetzen, welches das Ganze aufschäumen lässt (dieser Effekt lässt sich für spektakuläre Experimente nutzen).

Wie funktionieren WC-Reiniger?

Der wichtigste Wirkstoff in WC-Reinigern ist die Säure. Die reagiert nämlich mit festem Kalk (CaCO3) und Urinstein zu wasserlöslichen Stoffen, die leicht abgebürstet und weggespült werden können.

Von starken und schwachen Säuren

Eine Säure ist ein Stoff, der H+-Ionen abgeben kann. Dabei bleibt zwangsläufig ein Anion übrig, welches theoretisch das oder die H+-Ion(en) wieder aufnehmen kann: Das Anion ist eine Base. Allerdings ist das Bestreben, H+-Ionen abzugeben, nicht bei jeder Säure gleich stark. So gilt, wenn sich zwei Säuren begegnen, die Regel: Die stärkere Säure gibt H+-Ionen an die Anionen der schwächeren Säure ab – und löst diese Anionen dazu notfalls auch aus einem Salzkristall:

Salzsäure (HCl in Wasser)* ist eine starke, Kohlensäure (H2CO3) eine schwache Säure. So führt die Gegenwart von Salzsäure dazu, dass sich die Anionen der Kohlensäure (Carbonat, CO32-) aus dem festen Kalk (einem Ionenkristall) lösen, um je 2 H+-Ionen aufzunehmen. Anders als Calcium- und Carbonat-Ionen sind Calcium- und Chlorid-Ionen gemeinsam in Wasser gut löslich und können einfach fortgespült werden.

*Für jene, die es ganz genau nehmen: Tatsächlich ist Wasser auch eine Base, sodass Chlorwasserstoff-Moleküle (HCl) all ihre H+-Ionen erst einmal an Wasser-Moleküle abgeben:

Das Hydronium-Ion H3O+ ist damit in Wirklichkeit die stärkere Säure in der ersten Reaktion, welche die Kohlensäure aus dem Kalk freisetzt.

Und wer meine früheren Beiträge, zum Beispiel zum Experimentieren mit Natron und Essig, aufmerksam gelesen hat, weiss auch, dass freie Kohlensäure in Wasser nicht beständig ist. Stattdessen zerfällt sie in Wasser und CO2-Gas – ein Umstand, der, wie Le Chatelier auf dem Flughafen zu erklären weiss, das Auflösen von Kalk in Säuren nur mehr fördert.


Und was ist Urinstein?

Urinstein ist ein gelblich-braunes Kristallgemisch, das durch die Reaktion von Urin-Bestandteilen mit im Spülwasser gelöstem Kalk bei basischem, also hohem pH-Wert entsteht. Er kann unter anderem die schwerlöslichen Salze Calcium- und Magnesiumcarbonat, -sulfat, -oxalat, -phosphat, -hydroxid sowie ebenfalls abgelagerten Harnstoff (eine elektrisch ungeladene organische Verbindung) enthalten.

Poröse Ablagerungen von Kalk und Urinstein können Bakterien eine Heimat bieten, die wiederum mit ihren Stoffwechselausscheidungen für einen basischen pH-Wert in ihrer Umgebung sorgen können.

In Gegenwart von Säure lösen sich die Urinstein-Bestandteile jedoch leichter in Wasser, sodass saure WC-Reiniger auch bei der Entfernung von unschönem Urinstein samt enthaltener Bakterien (die in stark saurer Umgebung meist nicht lange überleben) helfen.


Die ausserdem im WC-Reiniger enthaltenen Tenside helfen mit ihrer Super-Waschkraft, angelöste Ablagerungen gänzlich von den Oberflächen im WC zu lösen. Ausserdem verbleiben zähflüssige WC-Reiniger länger auf den verschmutzten Oberflächen als dünnflüssigeres Wasser, sodass die Säuren Zeit zum Reagieren haben.

Die knalligen Warnfarben der WC-Reiniger-Flüssigkeit dienen schliesslich in meinen Augen der Abschreckung: Was giftig blau erscheint, nehmen wir meist instinktiv als „nicht zum Verzehr geeignet“ wahr – und in den Mund genommen oder gar verschluckt können die ätzenden Flüssigkeiten unseren Schleimhäuten und schlimmstenfalls unserem Leben sehr gefährlich werden.

Welche Gefahren gehen von WC-Reinigern aus?

Kontakt mit Umgebung und anderen Reinigern

WC-Schüsseln bestehen in der Regel aus Keramik, die nicht mit Säuren reagiert und daher problemlos damit gereinigt werden kann. Das gilt jedoch nicht für Marmoroberflächen im Bad, kalkhaltige Füllungen von Fliesen-Fugen und einige Kunststoffe und Textilien! Gebt also gut acht, dass eure WC-Reiniger-Flüssigkeit nur dahin gelangt, wo sie hin soll (nämlich in die WC-Schüssel).

Die Säuren im WC-Reiniger können zudem mit starken Basen (zum Beispiel in Abflussreinigern!) unter Freigabe von viel Energie reagieren: Gebt das eine nicht mit dem anderen zusammen – schäumende und spritzende ätzende Flüssigkeit und aufsteigende ätzende Dämpfe wären die gefährliche Folge!

Gebt besonders mit chlorhaltigen Bleichmitteln (Javel-Wasser!) acht: Die Säuren können aus solchen hochgiftiges Chlor-Gas freisetzen! Bringt also niemals Javel-Wasser und WC-Reiniger zusammen!

Gesundheit

Doch auch WC-Reiniger als solche wirken ätzend, aber mindestens reizend auf Haut und Schleimhäute. Haltet sie – wie alle Reinigungsmittel – von Kindern (und allen anderen, bei welchen der Instinkt „knatschbunt ist nicht essbar“ nicht funktioniert) fern. Wenn ihr selbst etwas davon auf die Haut bekommt, spült es rasch mit viel Wasser ab. Bei Schleimhaut-Reizungen entfernt euch von den Dämpfen und geht an die frische Luft. Solltet ihr einen Spritzer in die Augen bekommen, spült sie mehrere Minuten lang gründlich mit Wasser und geht bestenfalls zur Sicherheit zum Augenarzt.

Wenn trotz aller Vorsicht jemand WC-Reiniger verschluckt hat: Ruft in der Giftnotruf-Zentrale (Schweiz, Deutschland, Österreich) an, lasst euch Anweisungen geben und alarmiert schlimmstenfalls gleich den Rettungsdienst. Grundsätzlich gilt nach Verschlucken ätzender Stoffe: Kein Erbrechen herbeiführen, viel Wasser oder anderes Getränk (ohne Kohlensäure, ohne Alkohol) schluckweise trinken.

Umwelt

Nahezu alle Lebewesen sind für eine Umgebung mit mehr oder weniger neutralem pH-Wert (pH = 7) geschaffen. Starke Säuren in grossen Mengen sind also nahezu jedem Leben abträglich – je kleiner die Lebewesen, desto schneller. Je stärker eine Säure verdünnt ist, desto weniger gefährlich ist sie allerdings.

Lasst deshalb unverdünnten WC-Reiniger nicht in die Umwelt gelangen. Braucht ihn möglichst ganz auf – und wenn ihr doch einmal grössere Reste loswerden möchtet, bringt sie zur Sondermüll-Entsorgung. Kleine Reste können mit viel Wasser in den Ausguss gespült werden.

Es ist zwar möglich, WC-Reiniger vor der Entsorgung mit Natriumcarbonat-Lösung oder verdünnter Natronlauge zu neutralisieren, allerdings erfordert das Sicherheitsmassnahmen (Schutzbrille, ggfs. Handschuhe!), eine Möglichkeit, den pH-Wert zu messen, viel Umsicht und einiges an Geschick, sodass dieses Vorgehen im Haushalt kaum praktikabel ist.

Verwendet WC-Reiniger daher grundsätzlich sparsam und spült nach der Reinigung der WC-Schüssel reichlich nach!

Gibt es Hausmittel-Alternativen für WC-Reiniger?

Vor der Markteinführung von WC-Reinigern in den 1950er Jahren wurden WCs mit verdünnter Salzsäure gereinigt. Die ist dünnflüssig und farblos, sodass man ihr ihre ätzenden Eigenschaften äusserlich nicht ansieht. So findet man Salzsäure heute nur noch selten bis gar nicht im Putzmittelregal – dafür aber etwas anderes: Haushaltsessig.

Auch Essigsäure ist eine stärkere Säure als Kohlensäure und in der Lage, Urinstein aufzulösen – wenn sie auch nicht ganz so stark ist, wie die im WC-Reiniger enthaltenen Säuren. Damit eignet sich auch Haushaltsessig – eine Lösung von etwa 10% Essigsäure oder mehr („Essigessenz“) in Wasser – zum Reinigen von WCs, auch wenn man damit vielleicht etwas kräftiger schrubben muss. Denn der dünnflüssige Essig haftet weniger gut auf der Keramik-Oberfläche und reagiert weniger schnell mit den Ablagerungen darauf.

Dafür ist Haushaltsessig generell weniger stark ätzend als Salzsäure und Co und grundsätzlich haut- und umweltverträglicher (im Allgemeinen gelten die gleichen Sicherheitsvorkehrungen wie für die starken Säuren – die Gefahr ernster Verletzungen ist aber geringer).

Mit Marmor und anderen carbonathaltigen Stoffen reagiert Essig allerdings ebenso wie andere Säuren. Das gilt auch für Javel-Wasser und basische Abflussreiniger. Gebt diese auch mit Essig nie zusammen!

Fazit

WC-Reiniger sind meist flüssige Reinigungsmittel, die starke Säuren enthalten. Sie lösen Kalk und Urinstein in der WC-Schüssel, reagieren aber ebenso gut mit säureempfindlichen Stoffen wie Marmor oder Körpergeweben. Beim Umgang damit ist daher Vorsicht angesagt!

Haushaltsessig ist ebenfalls eine – wenn auch schwächere – Säure und eignet sich damit auch zum Reinigen von WCs, auch wenn er weniger effektiv ist.

Damit haben WC-Reiniger in meinen Augen durchaus eine Daseinsberechtigung – wenn sie sparsam eingesetzt werden. Ich setze meinen Reiniger alle ein bis zwei Wochen ein. So können sich keine nennenswerten, hartnäckigen Ablagerungen bilden, sodass ich jeweils mit relativ wenig Reinigungsflüssigkeit auskomme. Nach dem Schrubben leere ich dann zwei komplette Spültanks, um alles sorgfältig und verdünnt wegzuspülen.

Und wie reinigt ihr eure WCs?

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Flugrost in der Spülmaschine: Macht ein Rostfänger Sinn?

Mit Aluminium gegen Flugrost?

Als ich die Spülmaschine ausräumte, fiel mir ein, dass wir früher mal ein Stück Alufolie mit hineingetan haben, um den Flugrost zu minimieren bzw. “zu fangen”. Kennst du das bzw. macht das Sinn?

Diese Frage hat nicht nur ein Keinsteins-Kiste-Leser. Sie tauchte zudem vor knapp 2 Wochen zur Prime-Time im Fernsehen auf, als ein Erfinder den Investoren in der „Höhle der Löwen“ einen Flugrost-Fänger für die Spülmaschine vorstellte, der nach dem gleichen Prinzip funktionieren soll.

Deshalb gewähre ich euch hier einen Einblick in die Chemie dahinter (denn Chemie ist überall und alles ist Chemie – das gilt auch für dieses Gadget, wie Ole von Bananabond bereits festgestellt hat). Und ich verrate euch ein „Hausmittel“, das den gleichen Zweck erfüllt – und eine Möglichkeit zur Vorbeugung von Flugrost, die das eine wie das andere unnötig machen kann!

 

Was ist Flugrost?

Rost mit einer chemischen Formel zu beschreiben ist längst nicht so einfach wie bei vielen anderen Stoffen. Das liegt daran, dass Rost nicht einfach „ein Stoff“ ist, sondern sich gleich aus mehreren zusammensetzt.

Rost als Stoffgemisch

Eine chemische Formel für Rost, die dieses Stoffgemisch zu beschreiben sucht, lautet:

In Worten: Rost ist ein wasserhaltiges Gemisch aus verschiedenen Eisenoxiden.

Diese Eisenoxide sind Salze. Das heisst, sie bestehen aus Eisen- (Fe2+ bzw. Fe3+ )Ionen und Oxid-(O2-)-Ionen, also elektrisch geladenen Atomen der Elemente Eisen und Sauerstoff. Solche Ionen entstehen, wenn ungeladene Atome der jeweiligen Elemente Elektronen abgeben bzw. aufnehmen – also eine chemische Reaktion eingehen.

Chemische Reaktionen, bei welchen in dieser Weise Elektronen weitergegeben werden, nennt man Redox-Reaktionen. Das Abgeben von Elektronen wird dabei Oxidation genannt, das Aufnehmen von Elektronen heisst Reduktion.

Bei der Entstehung von Rost geben Eisen-Atome Elektronen ab, die letztlich von Sauerstoff-Atomen aufgenommen werden. Wie das genau vor sich geht, könnt ihr in meinem Artikel über Rost nachlesen.

Damit Rost entsteht, braucht es also Eisen-Atome, die Elektronen abgeben können, und Sauerstoff-Atome, die die Elektronen aufnehmen. Ausserdem werden für die erfolgreiche Elektronen-Übergabe in diesem Fall Wasser-Moleküle benötigt.

Wie der Rost das Fliegen lernt

Die Eisen-Atome können dabei Teile eines massiven Stücks Metall sein oder winzige, frei bewegliche Staubpartikel bilden. Staubpartikel haben im Vergleich mit einem Metallstück sehr viel mehr Oberfläche, die mit Sauerstoff und Wasser in Kontakt kommen kann. So werden sie besonders leicht oxidiert – und die entstehenden Eisenoxid-Partikel setzen sich gern auf anderen Metalloberflächen – selbst „rostfreiem“ Stahl – ab: Es scheint, als komme der Rost „angeflogen“.

Da der Flugrost sich von aussen absetzt, lassen sich diese Flecken leicht abwischen. Lästig ist das aber allemal, und wirklich schön sieht das Ganze meist nicht aus.

 

Wie kann man die Flugrost-Entstehung verhindern?

Für eine Redox-Reaktion braucht es immer zwei Partner: Einen, der Elektronen abgibt, und einen, der sie aufnimmt. Dabei ist jedem Stoff ein ganz „persönliches“ Bestreben, Elektronen abzugeben oder aufzunehmen – das sogenannte Redox-Potential – zu eigen. Und nur, wenn diese beiden Partner zueinander passen – der eine also lieber Elektronen aufnimmt als der andere (der lieber welche abgibt) – kann eine Redox-Reaktion stattfinden.

Bei der Rost-Entstehung ist es der Sauerstoff, der sehr danach strebt, Elektronen aufzunehmen, und nur auf einen Reaktionspartner wartet, welcher ihm Elektronen überlässt. Was also, wenn sich ein Reaktionspartner findet, der leichter Elektronen abgibt als Eisen? Genau: Dann holt sich der Sauerstoff seine Elektronen dort! Denn die Natur ist einmal mehr sehr bequem.

Ersatz für Eisen als Elektronen-Spender

Ein solcher Stoff, der in unserem Alltag verbreitet ist, ist das Metall Aluminium (andere Kandidaten sind zum Beispiel Magnesium oder Zink). Aluminium gibt so leicht Elektronen ab, dass es an feuchter Luft eigentlich kaum beständig ist, sondern rasch zu Aluminiumoxid bzw. Aluminiumhydroxid reagiert.

Dass wir trotzdem Aluminiumwerkstücke herstellen und an normaler Luft verwenden können, haben wir dem Umstand zu verdanken, dass eine oxidierte Aluminium-Oberfläche (anders als eine Eisen-Oberfläche) so dicht mit Ionen bedeckt ist, dass die ungeladenen Aluminium-Atome darunter unter normalen Umständen gar nicht mit weiterem Sauerstoff in Kontakt kommen. So können keine weiteren Elektronen übergeben werden – und das Metall-Stück bleibt intakt.

In einer laufenden Spülmaschine sind die Umstände allerdings alles andere als normal: Es ist nass, es ist warm, und Luft-Sauerstoff ist auch noch da. Ausserdem können die Inhaltsstoffe im Spülmittel die Umstände weiter beeinflussen. So ist Aluminium-Metall in der Spülmaschine in der Lage, Eisenstaub beim Liefern von Elektronen an Sauerstoff zuvor zu kommen. Anstelle von Eisen wird also Aluminium oxidiert. Die dabei entstehenden Salze sind farblos (also „weiss“) – nicht rostrot – und setzen sich weniger leicht auf Stahloberflächen ab. So entstehen keine rostroten Partikel, die unangenehm auffallen könnten.

Ohne Opfer geht es nicht

Der Haken daran: Die Aluminium-Atome, die durch die Abgabe von Elektronen zu Aluminium-Ionen werden, sind für die weitere Flugrost-Abwehr verloren. Überdies werden die Aluminium-Salze früher oder später mit dem Abwasser fortgespült.

Ein Aluminium-Metallstück in der Spülmaschine wird also immer weiter schrumpfen und irgendwann verbraucht sein. Deshalb wird solch ein Metallstück unter (Elektro-)Chemikern auch als Opfer-Anode bezeichnet: Es wird zum Schutze anderer Materialien vor der Sauerstoff-Korrosion geopfert.

 

Hausmittel zum Flugrost-fangen

Es ist nicht unbedingt nötig, eigens Aluminium-Rostfänger zu kaufen. Denn das Metall findet ihr auch anderswo im Haushalt. Ein locker zu einem Ball gerolltes Stück Aluminiumfolie (zum Abdecken von Lebensmitteln) erfüllt zum Beispiel den selben Zweck. Da seine Oberfläche viel grösser ist als die eines massiven Metallblocks, dürfte sie sogar noch effektiver sein – allerdings auch noch schneller verbraucht werden.

Eine weitere Möglichkeit haben mein Mann und ich zu Anfang unseres gemeinsamen Lebens eher ungewollt angewendet, indem wir unseren Sparschäler mit Aluminiumgriff mit in die Maschine getan haben. Der betätigt sich nämlich auch als Opfer-Anode – geht allerdings früher oder später dabei drauf.

Sparschäler passiviert und nach einigen Maschinen-Spülgängen korrodiert

Links: Sparschäler wie neu – wird von Hand abgewaschen: das Metall ist matt, aber inakt; Rechts: Sparschäler nach einigen Spülgängen in der Maschine: die Oberfläche ist sichtlich angegriffen

Aber ob Folie, Sparschäler oder kommerzieller Rostfänger: Die Herstellung von Aluminium-Metall kostet grosse Mengen an Energie und ist nicht gerade das, was viele als „umweltschonend“ bezeichnen (Ole „Bananabond“ geht genauer darauf ein). Und wer sich Gedanken über Aluminium-Salze in Deodorants macht, sollte sich ebenso Gedanken über Aluminium-Salze im Spül-Abwasser machen. Deshalb tut ihr gut daran, euch zu überlegen, ob ihr einen Flugrost-Fänger wirklich braucht.

 

Flugrost vorbeugen

Ich selbst hatte nämlich nur so lange mit Flugrost in der Spülmaschine zu tun, wie ich die scharfen Schneidemesser in der Maschine mitgewaschen habe.

Die heute in der Küche gängigen Stähle sind nämlich durch Mischung der Eisen-Atome mit Chrom und anderen Elementen so hart geschaffen und glatt verarbeitet, dass sie weder am Stück rosten noch abgeschliffen werden. So können erst gar keine Eisenstaub-Partikel, die rosten könnten, entstehen.

Einzig die scharfen Messer bilden offensichtlich eine Ausnahme: Eine geschliffene Messerklinge läuft an der Kante so dünn zusammen, dass das Atomgemisch, aus dem der Stahl besteht, Luft und Wasser ganz besonders ausgesetzt ist. So können sich dort offenbar doch Eisen-Atome herauslösen und Flugrost bilden.

Seit ich die scharfen Messer – ebenso wie die Alu-Sparschäler – mit der Hand abwasche, habe ich jedenfalls keinen Flugrost mehr an meinem Edelstahl-Besteck (ich verwende „All-in-One“-Spülmaschinentabs von wechselnden Herstellern).

Und habt ihr schon Flugrost in der Spülmaschine beobachten können?

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