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Experiment: Geld verbrennen – und es bleibt heil!

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Experiment: Geldscheine anzünden

Geld verbrennen: Ein Experiment für Leute, die zu viel Geld haben? Keineswegs! Mit diesem chemischen Zaubertrick könnt ihr eure Zuschauer verblüffen (oder sogar erschrecken), ohne dabei arm zu werden!

Viel zu lange war es still in der Kiste – aber keine Sorge, Reto und mir geht es gut. Das ‚erzwungene‘ Innehalten während der COVID-Lockdowns hat mir bloss bewusst gemacht, wie sehr es mich nach einer Pause von allem verlangte. Und dann ergab sich die Möglichkeit, ein Traumprojekt endlich in die Tat umzusetzen!

Zu Keinsteins Kiste gibt es jetzt ein Buch!

Richtig gelesen: Nicht nur viele spannende Experimente aus Keinsteins Kiste, sondern auch zahlreiche neue Versuche und Wissenswertes findet ihr jetzt als „Chemische Spielereien“ im Verlag Wiley VCH Weinheim beim Buchhändler eurer Wahl!

Während der vermeintlichen Stille um die Kiste habe ich euch die spannendsten Experimentieranleitungen und interessante Einblicke in die Chemie eures Alltags auf 150 Seiten stets griffbereit als Hardcover oder E-Book zusammengestellt und freue mich, euch „Chemische Spielereien“ endlich präsentieren zu können.

Und… heisst das nun, dass das Geld ab jetzt in Strömen fliesst, sodass ich ohne Schmerz etwas davon verbrennen kann? Nicht ganz – weshalb ich in diesem Experiment zwar Geldscheine anzünde, aber keinen davon beschädige. Und ihr könnt das auch.

Haltet bei Experimenten mit offenem Feuer stets die Sicherheitsregeln zur Vermeidung von Bränden und Verletzungen ein! Kurz heisst das: Habt einen feuerfesten Experimentierplatz, tragt schwer entflammbare Kleidung, haltet leichtendzündliche Chemikalien von Zündquellen fern und habt bestenfalls ein passendes Löschmittel griffbereit!

Ihr braucht dazu

  • Geldschein, beliebiger Nennwert (z.B. Euro oder Schweizer Franken)
  • Tiefe Schale oder ähnlichen Behälter
  • Grosse Pinzette oder Grillzange aus Metall
  • Brennsprit/Spiritus (Ethanol)
  • Leitungswasser
  • Kochsalz
  • Messgefäss (z.B. Trinkglas)
  • Kerze oder Teelicht
  • Streichhölzer oder Feuerzeug
  • Feuerfesten Experimentierplatz!
Was ihr zum Geld verbrennen braucht

So geht’s

  • Mischt in der tiefen Schale einen Teil Alkohol mit einem Teil Wasser. Gebt einen gestrichenen Teelöffel Kochsalz dazu und rührt um, bis das Salz sich weitestgehend gelöst hat.
  • Stellt die Kerze auf der feuerfesten Unterlage oder z.B. im Badezimmer bereit und zündet sie an (behaltet die Schale mit dem Alkoholgemisch und die Brennsprit-Vorratsflasche abseits von Kerze und Feuerquelle!).
  • Greift den Geldschein an einem Ende mit der Pinzette oder Zange und tränkt ihn vollständig im Alkohol-Wasser-Gemisch.
Ich tauche den Geldschein mit Hilfe einer Tiegelzange sorgfältig in die Flüssigkeit.
Wichtig: Taucht euren Geldschein ganz und gründlich in die Flüssigkeit ein!
  • Haltet den triefnassen Schein kurz in die Kerzenflamme und dann weiter über die feuerfeste Unterlage.

Achtung! Es kann passieren, dass brennender Alkohol auf die Unterlage tropft. Das ist nicht weiter schlimm, denn er brennt innerhalb von Augenblicken aus. Aber die Unterlage muss deshalb unbedingt feuerfest sein!

Tragt beim Geld verbrennen zudem Kleidung aus schwer entflammbarer Baumwolle und ggfs. Schutzbrille. Bei der Durchführung mit meiner Tiegelzange (ca. 15 bis 20cm Abstand zwischen Feuer und Hand) habe ich die Wärme der Flammen deutlich, aber nicht unangenehm gespürt. Ich empfehle also ein mindestens ebenso langes feuerfestes Haltewerkzeug. Die Duschwanne als Experimentierplatz bietet übrigens nicht nur durch den hohen Rand, sondern auch durch die darüber bereithängende Dusche zusätzliche Sicherheit.

Das könnt ihr beobachten

Der triefnasse Geldschein geht sofort in Flammen auf…oder? Denn obwohl der Schein für ein paar Sekunden in ausladenden, bläulich bis orangegelben Flammen steht, bleibt er unversehrt! Der Versuch funktioniert mit der jüngsten Euro-Serie ebenso wie mit den neuesten Schweizer Franken. Wenn ihr den Geldschein noch einmal in der Flüssigkeit tränkt, könnt ihr den Versuch auch gleich nach dem ersten Durchgang wiederholen.

Geld verbrennen ohne Folgen: Obwohl ich hier vorsichtigerweise eine 10-Euro- bzw. 10-Franken-Note verwendet habe, funktioniert das Experiment mit allen Nennwerten. Verschafft eurem Publikum also ruhig den ultimativen Schreckmoment, indem ihr einen Hunderter anzündet.

Entsorgung

Die nassen Geldscheine könnt ihr einfach zum Trocknen aufhängen und anschliessend normal weiterverwenden. Das Alkohol-Wasser-Gemisch könnt ihr mit viel Wasser in den Abfluss entsorgen.



Wie kann man Geld verbrennen, ohne dass es zerstört wird?

Was tatsächlich reagiert

Brennsprit, genauer Ethanol, verbrennt mit Luftsauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser:

Bei der Verbrennung wird Energie frei, die wir als Leuchten der Flammen sehen und als Wärme spüren können. Die auf vergleichbare Weise in der Kerzenflamme freiwerdende Wärme (das „Kerzenwachs“ Paraffin besteht aus Molekülen aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen, die bei ihrer Verbrennung ebenfalls Kohlenstoffdioxid und Wasser bilden) reicht aus, um den flüssigen Ethanol, mit dem der Geldschein getränkt ist, sofort zu entzünden. Das Gleiche gilt eigentlich für das Papier und die Kunststoffe, aus denen eine Banknote besteht.

Schutz durch Wasser

Die Flüssigkeit, mit welcher euer Schein getränkt ist, besteht jedoch zur Hälfte aus Wasser, welches nicht brennt, dafür aber in der Wärme der Flamme verdampft. Und beim Verdampfen geschieht dasselbe wie beim Schmelzen: Die Wassermoleküle nehmen Wärme auf, um von einer geregelten Anordnung zu mehr Bewegungsfreiheit zu kommen. In flüssigem Wasser kleben die gegeneinander beweglichen Moleküle nämlich stets aneinander, während sie in Wasserdampf frei im Raum herumfliegen.

Wasser ist nun ein Stoff, der beim Verdampfen besonders viel Wärme aufnehmen kann. Sein hoher Schmelzpunkt von 100°C gibt uns eine Idee davon (zum Vergleich: Schwefelwasserstoff, H2S, der aus fast gleichartigen Molekülen aufgebaut ist, ist bereits bei Raumtemperatur gasförmig!). Während die bei der Verbrennung des Ethanols freigesetzte Energie also Wasser zum Verdampfen bringt, bleibt um den Geldschein nicht genügend Wärme übrig, um das Material ebenfalls zu entzünden!

Der Schmelzpunkt von Ethanol ist mit 78°C übrigens auch niedriger als der von Wasser. Der Ethanol im und auf dem Schein verdampft also noch eher als das Wasser. Was also tatsächlich brennt, ist nicht der flüssige Ethanol im Geldschein, sondern Ethanol-Dampf drumherum.

Fazit

Der Geldschein selbst geht in diesem Experiment aus zwei Gründen nicht in Flammen auf:

  1. Die heissen Flammen entstehen nicht am Geldschein, sondern darum herum.
  2. Verdampfendes Wasser in und um den Schein ‚verbraucht‘ so viel Wärme, dass das Geld nicht heiss genug wird, um selbst in Flammen aufzugehen.

Aus vergleichbaren Gründen brennt übrigens auch der Docht einer Kerze nicht sofort nieder, sondern verkohlt langsam der schrumpfenden Wachskerze folgend. Auch das Paraffin verdampft, bevor es in der Umgebung des Dochts verbrennt! In „Chemische Spielereien“, dem Buch zu Keinsteins Kiste, könnt ihr die spannenden Einzelheiten zu den Vorgängen in Kerzenflammen nachlesen und weitere feurige Experimente machen.

Und an welche Geldsummen traut ihr euch beim Anzünden so ran?

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Experiment: Elektrolyse – Wie Zinkbäume wachsen

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Experiment: So wachsen Zinkbäume!

Was sind Zinkbäume? Pflanzen, die ganz aus Metall sind? Und wie können sie wachsen?

Mit Hilfe von elektrischem Strom! Wenn ihr eine Sicherheitsnadel verkupfert, könnt ihr beobachten, wie Metallatome in Form von Ionen durch Flüssigkeit von einem Metallstück zun nächsten wandern. Indem ihr statt einer Flüssigkeit festes Gemüse verwendet, könnt ihr diesen Umstand nutzen, um eine Kartoffelbatterie zu bauen. Aber wenn ihr schon eine gute Batterie oder ein Netzteil habt, könnt ihr das auch verwenden, um den Ionen vorzuschreiben, in welche Richtung sie wandern sollen. Zum Beispiel, um faszinierende Metallbäumchen wachsen zu lassen!

Ich habe dieses Experiment schon vor Jahren zu Hause gemacht, es aber bislang nicht verbloggt, weil die dabei verwendeten Stoffe nicht ganz ungefährlich sind. Unter anderem kann dabei Chlorgas entstehen. Lest deshalb die Beschreibung sehr gut durch – denn Sicherheitsmassnahmen und besonderer Aufwand bei der Entsorgung sind nötig! Wenn ihr alle Hinweise beherzigt, könnt ihr aber auch mit dem Chlor sicher umgehen.

Ihr braucht dazu

  • Zwei grosse Stahlnägel
  • Einen Weinkorken
  • Klebefilm
  • Einen kleinen, flachen Behälter (z.B. Tupperdose für Streichwurst)
  • Gleichstromquelle: Eisenbahntrafo, Netzteil, 9V-Batterie oder Batterieblock (Spannung sollte mindestens 3V betragen!)
  • Kabel oder Litze zum Verdrahten
  • Krokodilklemmen oder Löt-Ausrüstung
  • Zinkchlorid (ZnCl2)GHS-Symbole: Ätzend, Achtung, Umweltschädlich oder Zinkiodid (ZnI2)GHS-Symbole: Ätzend, Umweltschädlich
  • Destilliertes bzw. destillatgleiches Wasser (letzteres gibt es im Supermarkt)
  • Ggfs. Werkzeug und robuste Arbeitsplatte, um die Nägel zu knicken
  • Natriumthiosulfat (oder ähnliches Reduktionsmittel) für die Entsorgung
Das braucht ihr, um Zinkbäume wachsen zu lassen: Zinkchlorid, Wasser, Stromquelle, Eisennägel mit Kabel, Behälter, Korken, Klebefilm

Zinkchlorid oder Zinkiodid?

Bei der Elektrolyse von Zinkchlorid entsteht gasförmiges Chlor (Cl2), das aggressiv reagiert (es ist ein starkes Oxidationsmittel) und giftig ist. Sorgt deshalb beim Experimentieren für eine gute Belüftung: Wenn ihr ein Labor habt, arbeitet im Abzug, sonst am besten im Freien! Chlor löst sich weniger gut in Wasser und hat eine blassgrünliche Farbe. So nimmt es euch nicht die Sicht auf den Nagel, an dem die Zinkbäume wachsen.

Bei der Elektrolyse von Zinkiodid entsteht Iod (I2), das ein Feststoff ist. So besteht praktisch keine Gefahr, dass ihr etwas davon einatmet. Dafür ist Iod in Wasser gelblich bis kräftig braun, sodass es im schlimmsten Fall die Sicht auf die Zinkbäume am Nagel nebenan nehmen kann.

Somit haben beide Stoffe ihre Vor- und Nachteile. Ich überlasse es euch zu entscheiden, welchen ihr verwendet. Ich selbst habe mich, obwohl ich zu Hause keinen Laborabzug habe, für Zinkchlorid entschieden und das Experiment auf dem Balkon aufgebaut. So hatte ich sicher freie Sicht für alle Aufnahmen.

Verwendet von beiden möglichen Chemikalien so wenig wie möglich, denn so entsteht einerseits möglichst wenig giftiges Chlor, andererseits müsst ihr umso weniger entsorgen, je weniger Chemikalien ihr einsetzt!

So geht’s

  • Bearbeitet beide Nägel so, dass sie nach etwa einem Drittel ihrer Länge einen Knick von ca. 120° machen.
  • Verbindet die abgeknickten Köpfe der Nägel mit Kabeln, die ihr später an eure Stromquelle anschliessen könnt. Entfernt dazu die Isolierhülle der Litze und lötet je ein Kabelende an einem Nagel fest oder, wenn ihr Experimentierkabel mit Krokodilklemmen verwendet, klemmt jedes davon an Kopf eines Nagels.
  • Schneidet den Weinkorken längst in zwei Hälften. Klebt die Nägel so auf die Wölbung einer Korkenhälfte, dass sie sich nicht berühren! Die abgeknickten Köpfe mit den Lötverbindungen bzw. Klemmen sollen dabei nach oben ragen. Legt die Korkenhälfte mitsamt der Nägel in den kleinen Behälter und klebt ihn mit dem Klebefilm am Boden fest (der Korken soll nicht wegschwimmen!).
  • Löst rund 13,5g Zinkchlorid oder 31,9g Zinkiodid in 100 Milliliter destilliertem Wasser auf. So erhaltet ihr eine Lösung mit einer Konzentration von rund 1 mol/l (Mehr zu Stöchiometrie hier).
  • Gebt eben so viel von dieser Lösung in den Behälter mit den Nägeln, dass die flach liegenden Teile der Nägel vollständig bedeckt sind. Die abgeknickten Enden mit den Kontakten sollen jedoch ausserhalb der Lösung und trocken bleiben!
  • Verbindet einen Nagel mit dem Plus-, den anderen mit dem Minuspol eurer Stromquelle.
  • Wenn alles bereit ist, schaltet den Strom ein und dreht ihn ggfs. (wenn ihr einen Trafo mit Drehschalter benutzt) langsam auf.
  • Schaltet den Strom unbedingt wieder ab, wenn eure Zinkbäume gross genug sind!

Zinkbäume: Das könnt ihr beobachten

Wenn eine ausreichend hohe Spannung anliegt, bildet sich auf dem Nagel am Pluspol ein mattgrauer Überzug, aus dem bald feine metallische Verästelungen in Richtung des anderen Nagels herauswachsen: Auf dem Nagel wachsen kleine Zinkbäume!

Blick von oben in das Versuchsgefäss nach 20 Minuten Laufzeit: Am rechten Nagel wachsen Zinkbäume in Richtung des linken Nagels. Gelöstes Chlor lässt die Flüssigkeit ein wenig grün erscheinen.
Mein Versuchsgefäss nach 20 Minuten Laufzeit: Die Zinkbäume am rechten Nagel wachsen entlang des elektrischen Feldes (das die Bewegungsrichtung der Ionen vorgibt) zwischen den Nägeln. Gelöstes Chlor lässt die Flüssigkeit etwas grünlich erscheinen.

Wenn ihr eine Zinkchlorid-Lösung verwendet, bilden sich am anderen Nagel kleine Gasblasen und ihr könnt bald einen stechenden Geruch wahrnehmen. Möglicherweise könnt ihr auch erkennen, dass das Gas eine grünliche Farbe hat.

Achtung! Atmet das Gas nicht ein! Es handelt sich um giftiges Chlor (Cl2)! Deshalb sollt ihr dieses Experiment unbedingt im Freien oder in einem Labor im laufenden Abzug („Kapelle“) machen. Lasst das Experiment nicht unnötig lange und nicht unbeaufsichtigt laufen, ganz besonders, wenn ihr im Freien experimentiert!

Wenn ihr eine Zinkiodid-Lösung verwendet, entsteht kein Gas. Dafür färbt sich die Flüssigkeit um den zweiten Nagel mit der Zeit bräunlich. Das elementare Iod (I2) ist bei Raumtemperatur nämlich ein Feststoff, der sich in einer Lösung mit Iodid-Ionen lösen kann oder sich in kleinen, festen Partikeln absetzt. Auch Iod ist gesundheitsschädlich, lässt sich aber wesentlich leichter im Zaum halten als das gasförmige Chlor.


Was passiert da?

Eine Batterie oder andere Gleichstromquelle hat zwei Pole mit unterschiedlich grossen Elektronenvorräten. Am Minuspol gibt einen grossen Überschuss an negativ geladenen Elektronen, während am Pluspol gemessen an den sonstigen Atombestandteilen sehr wenig Elektronen vorhanden sind. Verbindet man den Minuspol der Batterie über eine elektrisch leitendes Kabel mit dem Pluspol, fliessen die überschüssigen Elektronen vom Minuspol schnell zum Pluspol, bis an beiden Polen gleich viele Elektronen sind. Elektronen, die durch ein leitendes Material fliessen, sind somit „Stromteilchen“.

Aber auch andere geladene, bewegliche Teilchen können zu Stromteilchen werden. So zum Beispiel Ionen in einer Lösung. Die beiden Nägel in diesem Versuch sind nichts anderes als Verlängerungen der beiden Pole eurer Stromquelle. Sobald die Quelle eingeschaltet ist, drängen die Elektronen vom Minuspol in den daran angeschlossenen Nagel, während Elektronen aus dem anderen Nagel zum Pluspol hin abfliessen. So ist der Minuspol-Nagel nun seinerseits negativ und sein Gegenüber positiv geladen.

Wie Zinkbäumchen wachsen können

Als ihr das Zinkchlorid (bzw. -iodid) im Wasser aufgelöst habt, sind die festen Kristalle zu einzelnen Ionen zerfallen:

Da gegensätzliche Ladungen sich anziehen, wandern die Zn2+-Ionen zum bei eingeschalteter Stromquelle negativ geladenen Nagel. Wenn sie dort ankommen, nimmt jedes Zink-Ion zwei Elektronen aus der wartenden Menge auf. So entsteht ein ungeladenes Zink-Atom:

Und viele Zink-Atome, die sich übereinander stapeln, bilden das Metall Zink. So bekommt der negativ geladene Stahlnagel mit der Zeit einen Überzug aus Zinkmetall. Zum Glück leitet auch das Zinkmetall elektrischen Strom, sodass aus der Stromquelle nachfolgende Elektronen einfach hindurchdringen und weitere Zink-Ionen ergänzen (Chemiker sagen „reduzieren“) können.

Wenn das an allen Stellen der (verzinkten) Nageloberfläche gleichmässig geschähe, würde die Zinkschicht einfach immer dicker. Tatsächlich läuft der Prozess aber keineswegs so gleichmässig ab. Vielmehr bilden einzelne Zinkatome, die sich auf der vormals glatten Stahlfläche ablagern, eine raue Oberfläche voller Vorsprünge und „Noppen“. Für die nachfolgenden Zink-Ionen ist der Weg zu diesen vorspringenden Atomen bzw. Atomgruppen kürzer als der bis ganz zur Stahloberfläche. So lagern sich sich aussen auf diesen „Noppen“ ab, bevor sie den eigentlichen Nagel erreichen: Die betreffenden „Noppen“ wachsen weiter und werden zu Ästen, von denen ausgehend bald weitere Ästchen wachsen. Mit der Zeit entstehen ganze filigrane „Bäumchen“ aus Zinkmetall.

Und woher kommt das Chlor (bzw. Iod)?

Während die Zink-Ionen zum negativ geladenen Nagel wandern, wandern die Chlorid-Ionen (Cl–) zum positiv geladenen Nagel. Dort gibt jedes Cl–-Ion ein Elektron an den Nagel ab, um den Mangel darin auszugleichen. So entsteht ein ungeladenes Chlor-Atom. Da aber nicht gern allein sind, tun sie sich zu Paaren zusammen, die durch eine Atombindung zusammengehalten werden:

Mit Iodid-Ionen (I–) verhält es sich ganz genauso:

Der entscheidende Unterschied ist, dass Chlormoleküle (Cl2) bei uns angenehmer Temperatur ein Gas bilden, Iodmoleküle (I2) aber einen Feststoff (oder sie lagern sich an weitere Iodid-Ionen an und bleiben als „I3–“ im Wasser gelöst).

Schematische Darstellung der Elektrolysezelle: So entstehen Zinkbäume
Was im Versuchsgefäss passiert (hier mit Zinkiodid: Positiv geladene Zink-Ionen (d.h. Kationen) wandern zum negativ geladenen Nagel (deshalb Kathode genannt) und nehmen je 2 Elektronen auf. Die entstehenden Zinkatome bilden die Zinkbäume. Negativ geladene Iodid-Ionen (d.h. Anionen) wandern zum positiv geladenen Nagel (deshalb Anode genannt) und geben je ein Elektron ab, ehe sie Iodmoleküle bilden. Ein Voltmeter kann die Spannung, die die Stromquelle liefert, anzeigen, ein Amperemeter die Stärke des fliessenden Stroms. (nach: Niko Lang, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons)

Wieviel Spannung muss die Stromquelle hergeben, damit die Zinkbäume wachsen?

Wenn ihr ein Netzteil mit Dreh- oder Schieberegler (z.B. einen Eisenbahntrafo) verwendet und diesen langsam aufdreht, werdet ihr feststellen, dass an euren Nägeln bei ganz langsamer „Fahrt“ nichts passiert. Es braucht also eine gewisse elektrische Spannung – also eine gewisse Grösse des Unterschiedes zwischen den Elektronenvorräten – damit die oben genannten Reaktionen wirklich ablaufen. Wie kommt das?

In dem Moment, da die ersten Zink-Ionen zu Zink-Atomen werden, stehen Zink-Ionen und Zinkmetall in direktem Kontakt. Das ist die gleiche Situation, wie ihr sie z.B. von Kartoffelbatterien kennt. Auch am anderen Nagel gibt es solch eine Gegenüberstellung. Mit anderen Worten: Mit dem Beginn des Experiments werden beide Nägel zu den Polen einer Batterie! Und die will ihren Strom in genau der entgegengesetzten Richtung liefern wie eure eigentliche Stromquelle.

Eure Stromquelle muss also gegen die „Nagelbatterie“ in eurem Versuchsgefäss anarbeiten. Damit der Strom in die Richtung fliesst, in die ihr ihn haben wollt, muss die Stromquelle also mehr Spannung liefern als die „Nagelbatterie“. Wieviel mehr, das haben fleissige Forscher unlängst ausgemessen:

Wenn ihr eure Zinkbäumchen aus Zinkchlorid züchten möchtet, benötigt ihr mindestens 2,3 Volt, wenn ihr stattdessen lieber mit Zinkiodid arbeitet, sollten schon 1,3 Volt genügen. Zumindest in der Theorie. Tatsächlich hängt diese sogenannte „Zersetzungsspannung“ auch von eurem Versuchsaufbau ab. Schlecht gelötete Kontakte, lange Leitungen und ähnliches können dazu führen, dass ihr etwas mehr als die Zersetzungsspannung braucht. Mein Eisenbahn-Trafo liefert jedoch bis zu etwa 15 Volt, ein Batterieblock mit vier AA-Batterien 6 Volt und eine 9 Volt-Batterie was draufsteht. So habt ihr mit solchen Stromquellen in jedem Fall genügend Spannung zur Verfügung.


Entsorgung

Wenn ihr unbenutzte Zinksalz-Lösung übrig habt, könnt ihr sie in einem dicht verschlossenen Behälter aufbewahren und für spätere Versuche benutzen. Die Zinkbäumchen sind leider sehr zerbrechlich und lassen sich kaum im Ganzen aufheben. Sie bestehen aber aus reinem Zinkmetall, dass ihr ebenfalls sammeln und für andere Versuche nutzen könnt.

Gebt etwas Natriumthiosulfat (ein kristalliner Feststoff) in die Versuchslösung, nachdem ihr die Nägel herausgenommen habt. Dieser Stoff reduziert allenfalls noch vorhandenes Chlor bzw. Iod wieder zu Chlorid- bzw. Iodid-Ionen. Damit sind die gefährlichsten Abfälle bereits beseitigt.

Reste der gebrauchten (und reduzierten) und der ungebrauchten Lösung dürfen dennoch nicht in den Abfluss! Sie sind giftig für Wasserorganismen! Entsorgt beide an einer Sondermüll-Sammelstelle (wenn ihr ein Schullabor mit Entsorgungssystem habt: In den Behälter für anorganische Salze und Schwermetalle).

Und habt ihr schon einmal Zink- oder andere Metallbäume gezüchtet? Welche Erfahrungen habt ihr gemacht?

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Experiment: Sicherheitsnadel galvanisieren

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Experiment: Sicherheitsnadel galvanisieren

Wie beschichtet man ein Metall mit einem anderen? Durch Galvanisieren!

Nicht alles, was glänzt ist Gold! Oder Kupfer, oder… Die Oberflächen vieler Gegenstände sind nur mit einer dünnen Schicht dieser wertvollen Metalle überzogen. Solche Dinge nennt man dann vergoldet, verkupfert, versilbert oder ähnlich. Doch das bedeutet nicht, dass solche Gegenstände minderwertig sind. Vielmehr wird ihre Haltbarkeit durch ihre besonder Metalloberfläche verbessert – und sieht auch noch hübsch aus. Denn eine Edelmetall-Schicht ist reaktionsträge und schützt den Gegenstand unter ihr vor den Kräften von Wind und Wetter. Aber wie bringt man eine dünne Metallschicht auf ein anderes Material?

Dazu wird Wanderlust geladener Metallteilchen (sogenannter Metall-Ionen) ausgenutzt – und das könnt ihr leicht selber machen!

Ihr braucht dazu

  • Eine Sicherheitsnadel
  • Eine Kupfermünze (z.B. 1,2 oder 5 Eurocent)
  • Eine Kleine Schale
  • Haushaltsessig
  • Soda oder Natron (für die Entsorgung)

Sehr dreckige Münzen könnt ihr mit Essig und etwas Kochsalz leicht reinigen – wie genau das geht, zeige ich euch hier.

Essig, Schale, Kupfermünze, Sicherheitsnadel: Das braucht ihr zum Galvanisieren
Da man nicht mit Behältern für Lebensmittel experimentiert: Der Deckel eines leeren Honigglases (das ich nur noch für Versuche, nicht für Lebensmittel verwende!) hat mir als Schale gedient.

So geht’s

Lest in jedem Fall den Abschnitt „Entsorgung“ durch, bevor ihr mit dem Experimentieren beginnt! Nach dem Versuch ist nämlich ein besonderer Entsorgungsschritt nötig. Den könnt ihr euch wesentlich leichter machen, wenn ihr von vorneherein sparsam arbeitet.

  • Legt Münze und Nadel nebeneinander in die Schale, sodass sie sich nicht berühren!
  • Gebt so viel Essig dazu, dass beide Teile vollständig bedeckt sind. Verwendet dabei so wenig Essig wie möglich – denn je weniger Essig ihr später entsorgen müsst, desto weniger Soda oder Natron werdet ihr dafür brauchen!
Münze und Sicherheitsnadel in Essig im Deckel des Honigglases: Das Galvanisieren kann beginnen!
Zu Beginn des Experiments: Kupfermünze und silbrig glänzende Sicherheitsnadel liegen im Essig ohne sich zu berühren.
  • Wartet ein paar Tage und schaut ab und zu nach, was sich verändert.
  • Wenn euch der Essiggeruch stört, könnt ihr die Schale einfach abdecken (mit einem Brett, einem Buch oder Ähnlichem)

Das könnt ihr beobachten

Die Nadel färbt sich mit der Zeit kupferrot, während die Münze zunehmend matt wird. Der Essig färbt sich zudem gelbgrün.

Nach einer Woche im Essig: Die vormals stahlglänzende Sicherheitsnadel ist nun ebenso kupferrot wie die Münze!
Nach einer Woche im Essig hat die Oberfläche der Sicherheitsnadel die gleiche Farbe wie die Münze: Kupfer hat sich darauf abgelagert!

Das passiert

Haushaltsessig besteht aus Wasser und Essigsäure. Kommt ein Metall wie Kupfer mit einer Säure in Berührung, geben stets ein paar Metallatome an der Oberfläche ein oder mehrere Elektron(en) ab. Dabei verlassen die Atome – welche zu Ionen werden – die Metalloberfläche und lösen sich im Wasser.

Das „(aq)“ in der Gleichung bedeutet „in Wasser gelöst“.

Da Kupfer ein ziemlich edles Metall ist, können zunächst nur sehr wenige seiner Atome auf diese Weise zu Ionen werden. Diese wenigen Ionen können sich jedoch frei im Wasser bewegen – und so irgendwann an die Oberfläche der Sicherheitsnadel, die aus Stahl bestehen mag, gelangen.

Stahl wiederum enthält Eisenatome. Und Eisenatome geben sehr viel leichter Elektronen ab als Kupferatome.

So kommt es, dass die Eisenatome ihre Elektronen liebend gern an Kupferionen abgeben.

Die Eisenatome werden dabei zu Ionen, die sich im Wasser lösen, während die Kupferionen wieder zu Kupfer-Atomen werden, die sich an der Eisenoberfläche niederlassen.

Sobald auf diese Weise Kupfer-Ionen aus der Lösung verschwinden, bleibt darin „Platz“ für neue Kupfer-Ionen. Die können sich somit von der Münze lösen und ihre Wanderung in Richtung Sicherheitsnadel antreten. (Alle beteiligten Reaktionen sind sogenannte Gleichgewichtsreaktionen. Le Châtelier erklärt hier am Flughafen, was es damit auf sich hat und wie die Richtung, in der sie ablaufen, von den Mengen der beteiligten Teilchen abhängt!)

Geladene Teilchen, die wandern, sind „Strom“

Geladene Teilchen, die wandern? Ja, ihr denkt richtig: Das ist nichts anderes als elektrischer Strom! Der Versuchsaufbau ist eine Art simple Batterie. Die Ionen wanderen darin so lange von der Münze zur Nadel, bis die ganze Nadeloberfläche mit Kupferatomen bedeckt ist. Dann gibt es dort nämlich keine Eisenatome mehr, die ihre Elektronen an weitere Kupferionen abgeben könnten. Die Batterie ist „leer“.

Galvanisieren im „richtigen Leben“

Wer Gegenstände mit einer edlen Metallschicht verkaufen möchte, mag in der Regel nicht tagelang warten, bis das Galvanisieren weit genug vorangeschritten ist. Deshalb benutzt er zum Einen statt Essig eine Lösung, die bereits reichlich Kupfer-Ionen (oder andere gewünschte Metall-Ionen) enthält. Zum Anderen schliesst er seine Anlage an elektrischen Strom an: Das Kupfermetall an den (physikalischen) Pluspol, das Material, das verkupfert werden soll, an den Minuspol.

Die angeschlossene Stromquelle liefert zusätzliche Elektronen in das zu verkupfernde Material, die die Kupferionen entgegen nehmen können. Zudem ermöglicht die Stromquelle den vom Kupfer abgegebenen Elektronen das Abfliessen, sodass auch leicht neue Kupfer-Ionen in Lösung gehen können.

Und zu guter Letzt leitet Kupfer selbst den Strom sehr gut. Das heisst, die zusätzlichen Elektronen gelangen auch leicht durch die neu entstehende Kupferschicht, sodass diese so lange dicker wird, wie die Stromquelle angeschlossen ist.


Vom Galvanisieren zur nutzbaren Batterie

Wenn ihr euch die oben beschriebenen Reaktionen genau anschaut, werdet ihr feststellen, dass dabei in der Kupfermünze Elektronen „übrig“ bleiben, in der Eisennadel aber nicht. Im Kupfer sammeln sich demnach mehr Elektronen als im Eisen. Verbindet man aber mit einem leitfähigen Material eine Elektronenansammlung mit einem Ort mit wenig Elektronen, so fliessen Elektronen von der Ansammlung zum „leeren“ Ort ab. Und fliessende geladene Teilchen kennen wir als elektrischen Strom!

Unser Aufbau mit Münze und Sicherheitsnadel, die lose in Essig liegen, ist als Batterie aber ziemlich unpraktisch. Denn auch der Essig ist elektrisch leitfähig und bildet, sobald Münze und Nadel vollständig eingetaucht sind, eine unumgängliche Abkürzung für den Strom.

Die könnt ihr vermeiden, indem ihr eure Metalle nicht in einer Flüssigkeit, sondern in einem festen Material, in dem auch Ionen wandern können, unterbringt. Zum Beispiel in einer Kartoffel. Wie ihr aus Kartoffeln wirklich funktionierende Batterien bauen könnt, zeige ich euch hier!

Entsorgung

Der Essig enthält nach dem Galvanisieren Kupferionen (sie geben der Flüssigkeit die grünliche Farbe), die giftig für Wasserorganismen sind und deshalb nicht ins Abwasser dürfen. Verwendet deshalb so wenig Essig wie möglich. Gebt nach dem Versuch, wenn ihr Nadel und Münze aus der Schale genommen habt, feste Soda oder Natron zu dem Essig darin. (Achtung! Geht langsam vor und rührt zwischendurch um! Die Mischung schäumt kräftig und wird warm: Allein das ist schon ein chemisches Spektakel, das schnell zur Sauerei ausarten kann!)

Mischt so lange Soda oder Natron mit dem Essigrest, bis keine Reaktion mehr sichtbar ist. Dann habt ihr die Säure neutralisiert. Mit noch ein wenig mehr Soda oder Natron wird die Lösung basisch: Das ist euer Ziel. Die Kupferionen bilden nämlich bei basischem pH-Wert ein Gemisch fester Stoffe (in eurer Schale vor allem Kupferacetat, Kupfercarbonat und Kupferhydroxid), das man Grünspan nennt.

Gebt das Gemisch aus festen Stoffen und Flüssigkeit durch ein Filterpapier (z.B. einen Kaffeefilter) und lasst das Papier mitsamt den Feststoffen trocknen, bevor ihr es in den Hausmüll gebt. Die filtrierte Lösung darf dann mit viel Wasser in den Ausguss.

Nun wünsche ich euch viel Spass beim Galvanisieren!

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Experiment: Kartoffelbatterie und Reihenschaltung

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Experiment: Kartoffelbatterie bauen

Endlich habe ich mal wieder Zeit zum Experimentieren gefunden. Und mich dabei einem Thema gewidmet, das in Keinsteins Kiste bislang zu kurz gekommen ist: Batterien und Strom. Dazu habe ich mir erst einmal eine Stromquelle selber gebaut: Die Kartoffelbatterie!

Mit der folgenden Experimentieranleitung könnt ihr ganz einfach eure eigenen Kartoffelbatterien bauen und so zusammenschalten, dass ihr damit eine Leuchtdiode zum Leuchten bringen könnt. Alles, was ihr dazu braucht, findet ihr in der Küche, im Werkzeugkasten – und allenfalls für kleines Geld im Fachhandel für elektronische Bauteile.

Experiment: Kartoffelbatterie bauen

Ihr braucht dazu

Das braucht ihr zum Bau einer Kartoffelbatterie samt Stromkreis.
  • 4 Kartoffeln
  • 4 blanke Kupfermünzen (z.B. Eurocents) – hier erfahrt ihr, wie ihr angelaufene Kupfermünzen ganz einfach blank bekommt!
  • Zinkdraht oder 4 Unterlegscheiben aus Zink
  • blanke Büroklammern
  • Schaltlitze oder ähnlich ummantelten Kupferdraht
  • Lüsterklemmen (oder Stecker und Muffen aus dem Modellbau)
  • LED (Leuchtdiode) für den Betrieb bei ca. 3 bis 6 Volt (aus dem Elektronikhandel)
  • Drahtschere, Küchenmesser
  • Optional: Voltmeter bzw. Multimeter
  • Tablett aus Kunststoff, Glas oder Keramik (kein Metall, trocken!)

So geht’s

  • Wenn ihr mit Zinkdraht arbeitet, wickelt etwa 15 Zentimeter Draht zu einer münzgrossen Scheibe auf, von der 2 bis 3 Zentimeter Drahtende abstehen. Fertigt insgesamt vier solcher Scheiben an. Wenn ihr mit Unterlegscheiben experimentiert, könnt ihr diesen Schritt überspringen.
Vier Zinkdraht-Spiralen als Elektroden für die Kartoffelbatterie
Vier Zinkdraht-Spiralen-Elektroden für eine Vierer- Kartoffelbatterie
  • Schneidet eine Seite jeder Kartoffel waagerecht ab, sodass die Kartoffeln nicht wackeln, wenn ihr sie auf eine Unterlage stellt.
  • Schneidet in die beiden gegenüberliegenden Enden jeder Kartoffel je einen Schlitz.
  • Steckt in die Schlitze jeder Kartoffel jeweils eine Kupfermünze und ihr gegenüber eine Zinkscheibe (Drahtspirale oder Unterlegscheibe). Die Metallscheiben dürfen sich nicht berühren! Wenn ihr ein Multimeter habt, könnt ihr es auf einen Messbereich von 1-2V einstellen und mit den beiden Messfühlern die Kupfer- und Zinkscheibe einer Kartoffel berühren. So habe ich an einer Kartoffel eine Spannung von rund 0,85V messen können.
Eine Kartoffelbatterie ohne angeschlossene Drähte
Eine Kartoffelbatterie ohne angeschlossene Drähte: Sie liefert eine Spannung von 0,85V.
  • Klemmt an jede Kupfermünze eine Büroklammer.
  • Schaltet nun die vier Kartoffeln in Reihe: Verbindet mittels Litze und Lüsterklemmen oder Steckern die Zinkscheibe einer Kartoffel mit der Kupfermünze der nächsten, die Zinkscheibe dieser nächsten mit der Kupfermünze der übernächsten Kartoffel und so weiter.
  • Wenn alle Kontakte funktionieren, solltet ihr nun zwischen der Kupfermünze der ersten und der Zinkscheibe der letzten Kartoffel eine Spannung von etwa 3,4V messen können (Messbereich ggfs. anpassen!).
Fertiger Kartoffelbatterie - Stromkreis
Fertig: Ein Kartoffelbatterie -Block aus vier Kartoffeln in Reihe samt angeschlossener LED. Jetzt nur noch das kurze Beinchen an die Zinkscheibe rechts im Bild…
  • Verbindet nun das lange Bein (Wichtig! Dioden, auch Leuchtdioden, leiten den Strom nur in eine Richtung, falschherum angeschlossen gehen sie kaputt!) der LED mit der letzten freien Kupfermünze.
  • Jetzt könnt ihr den Stromkreis schliessen: Berührt mit dem kurzen Bein (aber nicht mit dem Langen!) der LED die letzte freie Zinkscheibe: Die LED leuchtet auf!

Das passiert

Das Multimeter zeigt euch schon beim Aufbau, dass die Kartoffelbatterien funktionieren: Sie liefern eine messbare elektrische Spannung, und wenn man sie in einen Stromkreis einbaut, fliesst ein Strom! Und zwar ein so starker, dass er die LED zum Leuchten bringt.

Kartoffelbatterie betreibt rote LED
Licht aus und es wird sichtbar: Die rote LED leuchtet – dank Kartoffelbatterie!

Wo kommt der Strom her?

Die Metalle Kupfer und Zink bestehen aus elektrisch ungeladenen Atomen. Die Atome beider Metalle können Elektronen abgeben und so zu positiv geladenen Ionen werden. Diese Ionen können sich in Wasser lösen – zum Beispiel in dem Wasser in einer Kartoffel.

Allerdings ist das Bestreben der beiden Metalle, Elektronen abzugeben, sehr unterschiedlich. So gibt Zink ziemlich leicht Elektronen ab (Chemiker nennen es deshalb ein unedles Metall). Kupfer trennt sich dagegen wesentlich weniger leicht von seinen Elektronen (Chemiker nennen es deswegen ein edles Metall oder Edelmetall).

Steckt man also eine Zinkscheibe in eine Kartoffel, lassen einige Zinkatome Elektronen in der Scheibe zurück und lösen sich als Ionen im Kartoffelwasser. Die Zinkscheibe ist damit der (physikalische) Minuspol der Kartoffelbatterie.

Aus einer Kupferscheibe treten dagegen fast keine Ionen aus, sodass auch fast keine Elektronen zurückbleiben. Die Kupfermünze ist damit der (physikalische) Pluspol der Kartoffelbatterie.

Das Multimeter misst den Unterschied zwischen den Elektronenansammlungen im Zink (viele Elektronen) und Kupfer (fast keine Elektronen) und gibt ihn als Zahl mit der Einheit Volt (V) an. Diese Zahl, auch elektrische Spannung genannt, sagt Chemikern, wie unterschiedlich das Bestreben zweier Stoffe (hier Kupfer und Zink), Elektronen abzugeben, ist.

Verbindet man die Elektronenansammlung im Zink nun über elektrisch leitende Drähte mit dem elektronenarmen Kupfer, dann fliessen die Elektronen als Strom vom Zink ins Kupfer – und können auf ihrem Weg elektrische Geräte wie eine LED betreiben. So können immer neue Zink-Ionen entstehen und immer neue Elektronen zurücklassen. Damit fliesst der Strom eine ganze Weile, sodass die LED nicht sofort wieder ausgeht, sondern immer weiter leuchtet.

Und was geschieht an der Kupfermünze?

Wenn Elektronen vom Zink zum Kupfer fliessen, werden sie an ihrem Ziel von anderen, bestenfalls positiv geladenen Teilchen aufgenommen. Da Kartoffeln naturgemäss keine Kupfer-Ionen enthalten, sind das vornehmlich Wasserstoff-Ionen (H+ bzw. H3O+) aus der Kartoffel (In Wasser gibt es immer ein paar davon, und eine Kartoffel mag organische Säuren enthalten, die noch ein paar mehr liefern):

An der Kupfermünze entsteht also Wasserstoff-Gas. Die Münze selbst reagiert dagegen nicht.

Und der Rest des Stromkreises?

Der Name „Stromkreis“ verrät es: Damit ein Strom fliessen kann, braucht es einen kompletten Kreislauf. Die Elektronen fliessen aber nur durch die Kabel vom Zink zum Kupfer. Wo ist der Rest des Kreislaufs?

Für den ist die Kartoffel zuständig. Die enthält, wie schon erwähnt, eine Menge flüssiges Wasser, in dem geladene Teilchen sich bewegen können – wenn sie einen Anlass dazu haben. Zudem enthält eine Kartoffel naturgemäss eine Menge verschiedener Ionen, die nur auf einen Anlass zum Wandern warten. Und das Entstehen bzw. Verschwinden von Ionen an den Metallteilen in der Kartoffel ist solch ein Anlass.

So wandern die neu entstehenden Zink-Ionen und andere positiv geladene Ionen durch die Kartoffel in Richtung Kupfermünze, um die Ladung der dort verbrauchten Wasserstoff-Ionen zu ersetzen. Ebenso wandern negativ geladene Ionen durch die Kartoffel in Richtung Zink-Scheibe, um die Ladung der dort entstehenden Zink-Ionen auszugleichen.

Während die Elektronen also durch das Kabel vom Zink zum Kupfer fliessen, fliessen durch die Kartoffel andere Ladungen vom Kupfer zum Zink. Damit ist der Stromkreis ganz und gar geschlossen.

Das Ganze funktioniert daher ebenso gut mit Äpfeln, Zitronen oder anderem Obst. Denn auch diese Früchte enthalten flüssiges Wasser und verschiedene Ionen, die wandern können.

Wann ist eine Kartoffelbatterie leer?

Grundsätzlich ist eine Batterie dann leer, wenn es keinen messbaren Unterschied zwischen den Elektronenansammlungen an Minus- und Pluspol mehr gibt. Denn ohne diesen Unterschied kann kein Strom fliessen.

Wenn aus Zink-Atomen Ionen werden, verlassen diese das Metall und lösen sich im Wasser der Kartoffel. Damit bleiben immer weniger Atome in der Zinkscheibe. Mit anderen Worten: Die Zinkscheibe (oder -spirale) wird immer kleiner, bis – theoretisch – irgendwann nichts mehr davon übrig ist.

Gleichzeitig entsteht an der Kupfermünze Wasserstoff und verschiedene Ionen bewegen sich innerhalb der Kartoffel hin und her. Wird dabei ein Zustand erreicht, in dem es keine Ladungsansammlung mehr auszugleichen gibt, hört der Strom auf zu fliessen und die LED leuchtet nicht länger. Dann, so sagen wir, ist die Batterie „leer“.

Warum brauchen wir mehrere Kartoffeln?

Meine Leuchtdiode, ein typisches Exemplar aus dem Handel für Elektro-Kleinteile, ist für den Betrieb in Stromkreisen mit 6-Volt-Batterieblöcken ausgelegt. Das heisst, um genügend Strom zu erzeugen, dass sie leuchtet, brauchen wir zumindest annähernd eine Spannung dieser Höhe (in jeder Schaltung ist etwas „Schwund“, sodass die LED für den 6-Volt-Antrieb schon mit weniger Strom als aus 6 Volt leuchten). Tatsächlich hat meine LED schon bei einer Spannung von gut 3 Volt zu leuchten begonnen.

Und das ist auch gut so. Denn eine höhere Batterie-Spannung kann erreicht werden, indem man mehrere Batterien hintereinander schaltet. Dann nämlich addieren sich die Spannungen über den einzelnen Batterien zur Gesamtspannung. Das funktioniert bei Kartoffelbatterien genauso wie bei richtigen Batterieblöcken: 4 „AA“-Batterien, die jede für sich 1,5V liefern, liefern in Reihe geschaltet 1,5V+1,5V+1,5V+1,5V = 6V (oder 4*1,5V=6V). Vier Kartoffeln, die jede für sich 0,85V liefern, liefern in Reihe geschaltet dementsprechend 3,4V.

Um einen 6-Volt-Batterieblock zu ersetzen, bräuchte ich also 7 Kartoffeln (7*0,85V = 5,95V), 7 Münzen und 7 Zink-Spiralen oder -scheiben, 9 Kabel und eine Menge Platz. Dazu kommt, dass ihr die Kartoffeln nach dem Experiment nicht mehr essen solltet, denn sie könnten Metallionen enthalten, die ungesund sind (Zink-Ionen sind zwar nicht ungesund und Kupferionen werden nur wenige darin sein, aber man weiss nie so genau, ob in Unterlegscheiben oder Drähten noch andere, ungesündere Metalle als Zink enthalten sind).

Sollte eure LED mit vier Kartoffeln nicht leuchten, obwohl die Kontakte als solche in Ordnung sind, schaltet einfach noch eine fünfte Kartoffelbatterie dazu.


Entsorgung

Die elektrischen Bauteile, Münzen und Kabel könnt ihr für spätere Experimente aufheben (spült die Münzen und Zinkscheiben ggfs. zuvor mit Wasser sauber und trocknet sie ab).

Die Kartoffeln solltet ihr – wie schon erwähnt – nach dem Experiment nicht essen. Wenn euer Bioabfall ähnlich wie unserer verbrannt wird, könnt ihr sie aber in die Biotonne entsorgen. Wegen der Metallionen darin solltet ihr die Kartoffeln aber besser nicht in den Kompost geben (besonders Klein- und Kleinstlebewesen mögen Kupferionen gar nicht!).

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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13 spannende Experimente für Kinder im Sommer

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13 Experimente im Sommer

Die Sonne verwöhnt uns an langen, warmen Tagen. Ab und zu sorgen lauer Regen oder wilde Gewitter dafür, dass indes alles grünt und blüht. Der Sommer ist eine tolle Zeit für Experimente im Garten oder auf dem Balkon. In Keinsteins Kiste findet ihr viele spannende Anregungen, wie ihr die Natur um euch erforschen, die Sonnenenergie für Experimente nutzen oder einfach draussen Spass haben könnt. Was macht Blätter grün? Welche buchstäblich coolen Experimente eignen sich für heisse Tage? Oder wollt ihr lieber eine Rakete starten?

In dieser Sammlung von Sommer-Experimenten werdet ihr fündig!

Sicherheit – für euch und euren Garten

Wenn ihr draussen experimentiert, beachtet die gleichen Sicherheits-Grundregeln wie beim Experimentieren drinnen: Sucht euch einen spritz- und allenfalls feuerfesten Experimentierplatz, tragt passende Schutzkleidung (Malschürze wie beim Umgang mit Wasserfarben und bei aggressiven Stoffen Schutzbrille) und esst und trinkt nicht dort, wo ihr experimentiert!

Meine Checkliste zum sicheren Experimentieren findet ihr hier in Keinsteins Kiste zum Download.

Wenn ihr draussen experimentiert, habt ihr zudem einen unbestrittenen Vorteil: Für eine gute Belüftung ist immer gesorgt. Achtet aber darauf, dass eure Nachbarn nicht zu sehr unter stinkenden Experimenten leiden, falls ihr solche durchführt. Oder ladet sie einfach zum Mitforschen ein.

Ganz wichtig ist jedoch: Achtet darauf, dass keine flüssigen oder festen Bestandteile eurer Experimente an die Pflanzen oder in den Boden eures Gartens oder eurer Balkonkübel gelangen!

Das gilt besonders für Säuren und Basen wie Essig oder Natron und Seifen! Die können nämlich nicht nur unsere Haut, sondern auch Pflanzenteile beschädigen. Säuren und Basen können in grösseren Mengen zudem den pH-Wert im Boden so verändern, dass das Leben darin gehörig durcheinander gerät.

Seifen, genauer die Tenside darin, stören den Stoffaustausch zwischen Kleinstlebewesen und dem Wasser in ihrer Umgebung. So können sie für das Leben im Boden sehr gefährlich werden.

Sorgt deshalb für eine schützende Unterlage an eurem Experimentierplatz: Eine Maltischdecke, ein Tablett oder Backblech oder eine Plane auf dem Rasen können euch gute Dienste leisten.

Wenn ihr diese Sicherheitsvorkehrungen beachtet, steht dem Experimentierspass ohne Schaden an euch oder eurem Garten nichts mehr im Wege! Also los:

13 Experimente für draussen

Blätter transportieren Wasser – Ein Kontrollversuch macht es sichtbar

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

Mit diesem einfachen Experiment könnt ihr nicht nur sichtbar machen, dass Pflanzen trinken und schwitzen – und auf diese Weise Wasser aus dem Boden (oder einer Vase) in die Luft transportieren. Ihr könnt auch die Bedeutung eines Kontrollaufbaus (einer „Blindprobe“ oder auch einer Kontrollgruppe) für die Bewertung von Versuchsergebnissen aufzeigen. Oft zeigt sich das Ergebnis eines Versuch nämlich erst im Vergleich mit einem Aufbau ohne die entscheidende Zutat richtig deutlich. Das macht solche Kontrollversuche zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die grossen Forscher! Da ihr im Sommer reichlich Zweige mit grünen Blättern finden könnt, können auch eure kleinen Forscher einen solchen Vergleich durchführen. Die Anleitung dazu findet ihr hier.

Das geheimnisvolle Leben der Pflanzen

Rund um Pflanzen gibt es ohnehin so viel zu entdecken. Wenn ihr ein Mikroskop habt – schon ein einfaches USB-Mikroskop genügt! – könnt ihr euch den spannenden Aufbau von Blättern ansehen. Unterwegs könnt ihr nach Sonnen- und Schattenblättern oder nach Standort-Spezialisten Ausschau halten. Und wusstet ihr, dass ihr eine Pflanze, die nach einem langen heissen Tag die Blätter hängen lässt, nicht gleich aufgeben müsst? Ihr könnt sie ganz einfach wiederbeleben! Eine ganze Sammlung von Tipps und Anleitungen rund um Pflanzen und ihre Blätter findet ihr hier.

Photosynthese erleben

Blogbild Photosynthese

Pflanzen leben von Luft und Licht…und von Wasser natürlich. Weitere Nährstoffe brauchen sie nur in vergleichweise winzigen Mengen. So kommt es, dass die wilden Gewächse, in die sich selbst unsere Topfpflanzen im Zimmer manchmal verwandeln, uns immer wieder zum Staunen bringen. Das Geheimnis dahinter: Pflanzen bauen aus CO2 und Wasser mit Hilfe von Lichtenergie Kohlenhydrate – die Bestandteile ihrer selbst – auf. Dabei entsteht praktischerweise Sauerstoff als Abfall. Den Vorgang, der dahinter steckt, nennen die Biochemiker Photosynthese. Und ihr könnt nicht nur die Entstehung von Sauerstoff, sondern auch die Bildung von Stärke in Pflanzenteilen einfach nachweisen. Wie das geht, erfahrt ihr hier. 

Raketenstart mit dem perfekt berechneten Treibstoff

Wer eine Rakete starten möchte, braucht möglichst viel Triebkraft bei möglichst wenig Gewicht. Essig und Natron geben einen prima Treibstoff ab, der für euch weitestgehend ungefährlich ist. Hier erfahrt ihr nicht nur, wie ihr aus Abfällen eure eigene Rakete baut, sondern auch wie ihr das perfekte Gemisch für euren Treibstoff ausrechnen könnt. Stöchiometrie nennen Chemiker diese Art zu rechnen. Wenn ihr eure Startrampe auf dem Rasen errichtet, empfehle ich euch eine Plane darunter zum Schutz des Grüns. Denn der Antrieb dieser Rakete beruht zwar darauf, dass Essig und Natron einander neutralisieren. Aber es hat wohl noch kein Raketen-Experiment gegeben, bei dem nicht einmal irgendetwas schief gelaufen wäre!

Spass mit Elefantenzahnpasta

Womit putzen Elefanten sich die Zähne? Mit einer grossen Menge schaumigem Zeug? Könnte man meinen…aber Scherz beiseite. Diesen Schaum solltet ihr besser nicht anfassen – aber Zuschauen allein macht grossen Spass! Auch für diesen Schaumvulkan ist ein Gasentstehung die Triebkraft. Hier sorgt Hefe, die mit Wasserstoffperoxid fertig zu werden versucht, für seine Entstehung. Und damit es richtig schäumt, gehört ein Schuss Seife dazu. Da weder die noch Wasserstoffperoxid gesund für den Garten sind, rate ich auch hier dringend zu einer Auffangwanne. Damit steht dem grossen Spass nichts mehr im Wege. Wie ihr die Elefantenzahnpasta anrichtet – vielleicht in einer grösseren Ausgabe als meiner? – erfahrt ihr hier.

Hefegärung mit Sonnenenergie

Experiment: Gärung - die Superkraft von Hefe

Hefe kann nicht nur blitzschnell Wasserstoffperoxid loswerden, sondern auch, was euren Kuchen zum Aufgehen bringt: Sich ernähren. Die Art und Weise, wie Hefezellen ihre Nahrung „verdauen“, nennt man Gärung. Und dabei entsteht eine richtig grosse Menge CO2. Die kann nicht nur dafür sorgen, dass euer Teig schön fluffig wird, sondern auch einen Luftballon aufblasen. So könnt ihr mit einem solchen die Gärung ganz einfach sichtbar machen! Und da Hefe es gerne lauschig warm hat, liefert die Sommersonne euch die passende Energie dazu. Wie ihr den Versuch macht, erfahrt ihr hier.

Blattfarbstoffe trennen

Wusstet ihr, dass Blätter im Herbst nicht gelb und rot werden, sondern einfach nur nicht länger grün bleiben? Richtig: In einem grünen Blatt sind stets alle seine möglichen Farben enthalten: Grün, Gelb, Rot. Das Grün ist im Sommer bloss derart in der Übermacht, dass es alle anderen Farben überstrahlt. Im Herbst lagern die Pflanzen es jedoch ein, und übrig bleiben Gelb und Rot, bevor ihre Blätter welken und abfallen. Ihr wollt einen Beweis? Mit diesem spannenden Experiment könnt ihr die Farbstoffe aus grünen Blättern trennen und einzeln begutachten! Da ihr dazu Lösungsmittel braucht, ist die gute Belüftung draussen euch dabei ein grosser Vorteil.

Die mysteriöse Pharaoschlange

Dieser faszinierende Partyspass erfordert ein wenig Vorbereitung seitens grosser Forscher – und eine Geheimzutat, die ihr in der Apotheke oder Drogerie kaufen müsst. Welche das ist, verrate ich hier mitsamt der Anleitung und zwei weiteren verblüffenden Experimenten. Das folgende Spektakel lohnt jedoch den Aufwand: Ihr könnt Zucker zum Brennen bringen und beobachten, wie ein mächtiger Aschewurm sich wie von Zauberhand aus dem Sand erhebt und windet! Und wenn ihr das Ganze draussen macht, braucht ihr euch um den Rauchabzug keine grossen Gedanken zu machen. Ein Spass für jede Gartenparty!

Für heisse Tage im Sommer: Herzen schmelzen…

Ein Herz aus Eis

…oder was immer ihr sonst schmelzen lassen wollt. An heissen Tagen sorgt dieses coole Experiment für viel Spass und allfällige Abkühlung. Beobachtet, in welcher Weise Eis schmilzt, beschleunigt den Vorgang mit Salz und erschafft mit bunten Farben surreale Eiswelten. Ganz junge Forscher haben hier ebenso viel Freude wie grössere Kameraleute, die gern farbenfrohe Bilder aufnehmen. Achtet aber darauf, ein Auffangblech oder eine Folie zu verwenden, damit die Farben bleiben, wo sie hingehören und nicht in den Garten laufen! Anleitung und Hintergründe zum Experiment findet ihr hier.

Brausende Herzen schmelzen…mit Essig-Eis

Experiment am Valentinstag: Essigeisherzen in Soda

Für diese Variante des Farbenspiels beim Schmelzen macht ihr Eiswürfel nicht aus Wasser, sondern aus Haushaltsessig! In einer Natron- oder Sodalösung zeigen die beim Schmelzen ihren wahrhaft aufbrausenden Charakter. Mit etwas Tinte oder Lebensmittelfarbe wird das Ganze zudem zu einem weiteren Farbspektakel. Aber bitte nicht trinken – auch wenn sie sich neutralisieren sollten, können Essig und Natron auf Schleimhäute ätzend wirken! Auffangblech oder Plane schützen zudem euren Garten, wenn es hoch her geht. Die Anleitung zum Experiment findet ihr hier.

Eis wächst!

gefrorenes Wasser : Das Glas wird voller

Zur Weiterverwendung zwecks Abkühlung an heissen Tagen ist das Eis aus diesem Experiment geeignet. Wusstet ihr, dass Wasser beim Gefrieren wächst? Das ist eine ganz besondere Eigenschaft dieses allgegenwärtigen Stoffes. Forscher nennen sie auch die „Dichteanomalie“ des Wassers: Sie wissen, dass Wasser bei etwa +4°C am „kleinsten“ ist und, wenn es kälter wird, wieder wächst! Auch dann, wenn es beim Kälterwerden gefriert. Deshalb solltet ihr niemals geschlossene Glasflaschen mit Inhalt ins Gefrierfach legen. Denn wenn der Inhalt zu stark wächst, platzen sie! Wie ihr das Wachstum von Eis ganz ohne Gefahr sichtbar machen könnt, erfahrt ihr dagegen hier.

Kinetischer Sand für drinnen und draussen

Experiment DIY Kinetischer Sand - und wie er funktioniert

Ihr habt Sehnsucht nach dem Strand? Der Sandkasten ist öde geworden? Ihr habt gar keinen Platz dafür? Oder der Sommer ist verregnet? Dann habe ich eine gute Nachricht für euch. Mit diesem Rezept könnt ihr kinetischen Sand ganz einfach selber machen! Mit diesem praktischen Sand können kleine Forscher nach Herzenslust bauen und spielen, ohne dass der berüchtigte Strandferien-Effekt eintritt: Sand überall! Denn diese Sandkörner bleiben beieinander, anstatt sich im Wohnraum zu verteilen. So steht dem Spielspass auf der Terrasse oder sogar drinnen nichts mehr im Wege.

Natur-Bingo für den Sommer-Spaziergang am See

Tier-Bingo am See

Wir haben in diesem besonderen Jahr auf Fernreisen verzichtet und verbringen die Ferien zu Hause. Da gibt es auch so viel zu entdecken! Wenn ihr an einem See oder Teich wohnt oder Urlaub macht, könnt ihr euren Spaziergang durch die Natur dort mit einem spannenden Forscher-Bingo verbinden. Die Anleitung samt Bingokarte zum Ausdrucken findet ihr hier. Wer entdeckt zuerst alle gesuchten Tiere?

Und noch mehr Experimente im Sommer

Viele weitere Versuche in Keinsteins Kiste könnt ihr nicht nur drinnen, sondern ebenso gut auf der Terrasse oder dem Balkon machen. Stöbert und probiert also ruhig nach Herzenslust weiter. Ich wünsche euch viel Spass beim Experimentieren in diesem Forschersommer!

Eure Kathi Keinstein

Und was ist euer Lieblings-Sommer-Experiment? Wenn ihr einen Blog habt oder gerne einmal einen Gastbeitrag schreiben würdet, nehmt damit doch gleich an meiner Jubiläums-Blogparade teil!

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Jubiläums-Blogparade: Mein Lieblings-Experiment

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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

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13 Experimente für zu Hause – und ihr müsst nichts einkaufen!

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

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Experiment: Eis schneiden – oder auch nicht

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Experiment für Kinder: Eis schneiden

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

Ein Eiswürfel- Experiment für kalte coole Tage

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

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

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

Ihr braucht dazu

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

So geht’s

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

Was ihr beobachten könnt

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

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

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

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

Was passiert da?

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

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

Wie kann Druck zum Schmelzen von Eiskristallen führen?

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

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

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

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

Warum friert der Spalt über dem Draht wieder zu?

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

Schlittschuhspass dank der Anomalie des Wassers

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

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


Entsorgung

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

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

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

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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

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

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

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

Ihr braucht dazu

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

So geht’s

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

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

Was ihr beobachten könnt

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

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

Was passiert da?

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

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

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

Warum rollen sich trockene Blätter nun ein?

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

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

Und wozu das Speiseöl?

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


Ein Forschertrick: Sichere Ergebnisse durch Kontrollversuche

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

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

Auch die grossen Forscher machen Kontrollversuche

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

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

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

Mit Kontrollversuchen lässt sich der Placebo-Effekt „ausblenden“

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

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


Zusammenfassung

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

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

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

Entsorgung

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

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

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

Ich wünsche euch viel Spass beim Experimentieren!

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Experiment mit Wasser : Die Münzenwippe

Experiment mit Wasser : Die Münzwippe

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

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

Ihr braucht dazu

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

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

So geht’s

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

Was passiert da?

Superkraft von Wasser : Adhäsion

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

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

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

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

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

Superkraft von Luft : Luftdruck

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

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

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

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

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

Bonus-Versuch für draussen

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

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

Entsorgung

Die ist bei diesem Versuch denkbar einfach:

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

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

Hast du das Experiment nachgemacht: 

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