So

11

Mär

2018

Erkrankungen, Todesfälle durch Stickstoffdioxid - Was tun?

Studie des Bundesumweltamtes: Tote und Kranke durch Stickstoffdioxid

Am 8.3.2018 stellte das Umweltbundesamt (UBA) eine Studie zur Gesundheitsbelastung von Stickstoffdioxid vor. "Demnach lassen sich für das Jahr 2014 statistisch etwa 6.000 vorzeitige Todesfälle aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen auf die NO2-Hintergrund-Belastung im ländlichen und städtischen Raum zurückführen." (Pressemitteilung UBA) Es bestünden auch Zusammenhänge zwischen einer hohen Stickstoffdioxid-Belastung und einigen Krankheiten wie z.B. Asthma, Bluthochdruck, Diabetes und chronischen Lungenerkrankungen. Gerade in Ballungsgebieten und verkehrsreichen Städten bestehe unmittelbarer Handlungsbedarf. Da die Diesel-PKW einen bedeutenden Faktor für die Stickoxid-Belastung in der Atemluft sei, seien selbst Fahrverbote als Mittel mögllch. Siehe auch meinen blog-Artikel: Stickstoffdioxid: Aktuell "Schadstoff Nummer 1" (2017)

 

Deutsche Umwelthilfe fordert Diesel-Fahrverbote: Stickoxide gehören zu den verbreitetsten, schädlichsten Luftschadstoffen

"Stickoxide sind giftig und stark gesundheitsschädlich. Sie reduzieren die Lungenfunktion und schädigen die Schleimhäute. Sie führen zu Asthma und Atembeschwerden, Husten und gereizten Augen."(Deutsche Umwelthilfe) Stickoxide reduzieren die Immunaktivität, fördern Allergien und eine Zunahme von Herz- und Kreislauferkrankungen. Zudem sei eine höhere Sterblichkeit durch sie nachgewiesen. Der zugelassene Jahresmittelwert von 40 µg/m³ würden laut UBA in den letzten Jahren in Deutschland an mehr als der Hälfte der verkehrsnahen Stellen überschritten. Ein Großteil der Stickstoffdioxid-Belastung stamme von Verbrennungs-, vor allem von Diesel-Motoren. "Die DUH Messungen zeigen bei 33 von 36 gemessenen Diesel-Fahrzeugen Überschreitungen der Stickoxid-Grenzwerte auf der Straße um das bis zu 9,2-fache."(Deutsche Umwelthilfe) Jede_r Bürger_in hat ein Recht auf saubere Luft. Deshalb fordert die Deutsche Umwelthilfe Diesel-Fahrverbote und droht dem nordrhein-westfälischen Ministerpräsidenten Armin Laschet (CDU) mit dem erneuten Gang vor Gericht.(WDR)

"Auch auf Tiere, Pflanzen und Böden haben Stickoxide eine schädliche Wirkung. Sie hemmen das Wachstum, fördern mittelbar die Übersäuerung des Bodens und haben somit Auswirkungen auf die biologische Zusammensetzung."(DUH) Außer dem Lachgas, N2O, bilden alle Stickoxide mit Wasser, z.B. in der Atmosphäre, Säuren. (chemie.de)

 

Universität Duisburg Essen: Zu viel Stickoxide durch Binnenschiffe an Rhein-Städten

Nach einer noch nicht veröffentlichten Studie würden die Stickoxid-Werte in den Städten zwar deutlich sinken, wenn es keine Diese-PKW mehr gäbe, aber für die Städte, die am Rhein liegen, würde das laut Prof. Dr. Michael Schreckenberg nicht ausreichen, da die Belastung durch den Schiffsverkehr erheblich sei. "Die hohe Stickoxid-Emission der Rheinschiffe habe man bisher nicht ausreichend im Blick gehabt, sagt Schreckenberg im WESTPOL-Interview."(WDR)

Tagesschau: Wie Stickstoffdioxid krank macht; UBA-Erklärfilm: Stickstoff - Was ist Stickstoff, und warum ist zu viel davon ein Umweltproblem? Was ist Stickstoff, was ist reaktiver Stickstoff? Warum ist zu viel davon ein Problem für Mensch und Umwelt? Und was können wir dagegen tun? Unser Film gibt Antworten. Mehr Informationen

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Di

31

Jan

2017

Stickstoffdioxid: Aktuell "Schadstoff Nummer 1" (2017)

Stickstoff und seine Verbindungen sind lebensnotwendig und toxisch

Stickstoffdioxid ist seit Langem als Umweltproblem bekannt, nicht erst seit dem Abgasskandal. Mein Sohn Arne hat daher angeregt darüber zu bloggen. Heute gab das Umweltbundesamt bekannt, dass die Luft in deutschen Städten 2016 zu stark mit Stickstoffdioxid belastet war. Stickstoffdioxid war 2016 "Schadstoff Nummer 1", während bei Feinstaub und Ozon ein Abwärtstrend zu beobachten sei. (s. mein blog- Artikel "Ozon - eine Sauerstoffverbindung die schaden und schützen kann.") Also, Stickoxide sind und bleiben ein Problem, vor allem in Ballungsgebieten. Ein wichtiges Thema für uns, für unsere Umwelt.

 

Gesundheitsrisiken

Studien zur Kurzzeitwirkung von Stickstoffdioxid haben einen Zusammenhang zwischen der Erhöhung der Konzentration von Stickstoffdioxid und folgenden Gesundheitsrisiken ermittelt: Zunahme der Gesamtsterblichkeit, Herz-Kreislauf-bedingter Sterblichkeit, Atemwegserkrankungen, Asthma, chronischer Bronchitis und Verschlechterung der Lungenfunktion. "Über die Langzeitwirkungen von Feinstaub und Stickstoffdioxid existieren bislang vergleichsweise wenige umweltepidemiologische Studien." ("Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub und Stickstoffdioxid im Zusammenhang mit der Luftreinhalteplanung" vom Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW)

 

Stickstoff und seine Verbindungen: Bedeutung und Belastung

Stickstoff ist, entgegen dem, was der Name nahelegt, der Hauptbestandteil unserer Atemluft, mit ca. 78 %. Sauerstoff ist nur zu ca. 21% in unserer Atemluft enthalten. Den Namen hat das Gas daher, dass es Flammen erstickt. Es ist farblos, geschmacklos, geruchlos, bei Zimmertemperatur gasförmig und nicht brennbar.

Stickstoff ist biochemisch von großer Bedeutung. Das Element ist lebensnotwendig; denn Eiweiße, fast alle Zellbausteine enthalten chemisch gebundenen Stickstoff. "Stickstoff wird von allen Lebewesen benötigt, da er Bestandteil von Aminosäuren in Proteinen, von Nukleinsäuren und von anderen essentiellen chemischen Stoffen der Lebewesen ist." (wikipedia) Im Stickstoffkreislauf findet die Aufnahme von Stickstoff aus der Luft nur durch bestimmte Pflanzen in Symbiose mit Bakterien und die Abgabe von Stickstoff bei der Zersetzung der Organismen statt.

 

Stickoxide

Es gibt eine große Anzahl wichtiger Stickstoffverbindungen und allein neun verschiedene Stickoxide: Distickstoffmonoxid (Lachgas, N2O), Stickstoffmonoxid (NO), Distickstoffdioxid (N2O2), Distickstofftrioxid (N2O3), Stickstoffdioxid (NO2), Distickstoffteroxid (N2O4), Distickstoffpentoxid (N2O5), Stickstoffperoxid (NO3) und Distickstoffhexoxid (N2O6). Deshalb findet sich in einigen Artikeln als Abkürzung für Stickoxide oft die Formel NOx. 

Toxische Bedeutung haben vor allem das Stickstoffmonoxid und das Stickstoffdioxid. "Sie entstehen vor allem dort, wo Verbrennungen bei hoher Temperatur erfolgen, z.B. in konventionellen Kraftwerken, in Kraftfahrzeug-motoren oder Flugzeugtriebwerken." (Schüler Duden Chemie, 1995, S. 385) "Besonders der Straßenverkehr und die Industrie belasten unsere Luft. Stickstoffdioxid entsteht vor allem bei Verbrennungsprozessen in Dieselmotoren und Ofenanlagen und gelangt über Auspuff oder Schornstein in die Luft." (WDR, 30.1.2017)

 

Was tun?

Kann die "blaue Plakette" unsere Atemluft sauberer machen, die Gesundheitsrisiken deutlich verringern? Gibt es weitere Vorschläge, Möglichkeiten? Was trägt wie alles zur gesundheitsgefährdenden Konzentration der Stickoxide bei? Wo ist die Belastung mit Stickoxiden besonders groß? Wie kann ich mich über die jeweilige Situation vor Ort informieren und schützen?

 

Es ist ein komplexes Unterfangen sich mit den Stickoxiden als Schadstoffen auseinanderzusetzen. Dies ist erst einmal eine Anfang, eine Annäherung an dieses Problem. Ich werde weiter darüber bloggen.

 

 

 

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Di

24

Jan

2017

Schnee, Eis- und Schnee-Experimente (2017)

Schnee-Vergnügen

Wenn der erste Schnee fällt, ist die Freude bei vielen Menschen groß; denn er ermöglicht in der kalten Jahreszeit besondere Freizeitvergnügen: Rodeln, Skifahren, Schneemänner bauen, Snowboarden, auch mal im Schnee spazieren gehen, joggen, biken. Außerdem sieht die verschneite Natur  wunderschön aus, werden Geräusche gedämpft und ist es in der dunklen Jahreszeit dann so wunderbar hell.

 

Was ist Schnee?

Schnee besteht aus vielen kleinen Eiskristallen zwischen denen Luft eingeschlossen ist. Deshalb lässt er sich im Gegensatz zu Eis auch durch Druck zusammenpressen. Es gibt viele Arten von Schnee je nach Alter und Feuchtigkeit wie z.B. Neuschnee, mit feinen verzweigten Eiskristallen, Feuchtschnee, der unter Druck gut zusammenhält und sich daher prima für Schneemänner und Schneebälle eignet, Pulverschnee, der kaum zusammenhält etc.. Im Reiseführer "Schneehoehen" sind zehn verschieden Schneearten beschrieben und besonders beeindruckt hat mich wie vielfältig die Inuit die Schneearten erleben und beschreiben können in dem Roman Fräulein Smillas Gespür für Schnee . Weiß erscheint uns der Schnee dadurch, dass er das weiße Licht reflektiert.

 

Wie entsteht Schnee?

Wichtige Voraussetzungen sind eine ausreichend hohe Luftfeuchtigkeit und relativ niedrige Temperaturen. Im Gegensatz zu Eis, das wir durch Gefrieren von Wasser herstellen können, bildet sich Schnee aus Wasserdampf, der beim Abkühlen zu Wassertropfen kondensiert (flüssig wird), die bei weiterer Abkühlung an Kristallisationskeimen gefrieren. An den Kristallisationskeimen wie Staub, Schmutzteilchen oder Rußpartikel entstehen dann sechseckige Kristalle, die je nach Bedingungen mehr oder weniger wachsen. Die Schneeflocken, die aus vielen Eiskristallen gebildet werden, sind um so kleiner je tiefer die Temperaturen sind und dann eher prismen- oder plättchenförmig und bei höheren Temperaturen, ab -5°C, entstehen besonders große Schneeflocken und eher sternenförmige Kristalle. "Solange die kleinen Eiskristalle und größeren Schneeflocken in einer Wolke mit hoher Luftfeuchtigkeit und niedrigen Temperaturen herumwirbeln, wachsen sie weiter. Die Luftfeuchtigkeit wird mehr oder weniger verbraucht, die Schneeflocken aber werden durch die relative große Menge an gefrorenem Wasser immer schwerer. Sie sinken zu Boden und verlassen damit den Bereich, in welchem so gute Wachstumsbedingungen herrschten. Das Kristallwachstum an Schneeflocken begrenzt sich damit von selbst." (kids and science)

Erklärungen zu Eis- und Schnee-Experimenten

In meinem letzten Artikel habe ich geschrieben, dass aus mehr als 100ml Schnee durch Schmelzen 40ml Wasser entstehen. Wie ist das zu erklären?

Ein Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom, das mit zwei Wasserstoffatomen verbunden ist. Sauerstoff (O) steht in der 6. Gruppe des Periodensystems und hat eine relativ hohe Elektronegativität (3,5), also eine relativ große Fähigkeit in einer Bindung Elektronen anzuziehen;  Wasserstoff (H) steht in der 1. Gruppe und hat eine relativ niedrige Elektronegativität (2,1). Da der Sauerstoff das gemeinsame Elektronenpaar also näher anzieht, trägt er eine negative Partialladung und Wasserstoff eine positive Partialladung. Da das Wassermolekül gewinkelt ist, entsteht somit ein Dipol. "Weil Wassermoleküle Dipole sind, besitzen sie ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte und können sich durch Wasserstoffbrückenbindung zu Clustern zusammenlagern. Dabei handelt es sich nicht um beständige, feste Verkettungen. Der Verbund über Wasserstoffbrückenbindungen besteht nur für Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut – mit anderen Wassermolekülen – verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung von variablen Clustern. Diese Vorgänge bewirken die besonderen Eigenschaften des Wassers." (wikipedia) Diese Wasserstoffbrückenbindungen und die daraus resultierende Anomalie des Wassers ist in dem folgenden Video anschaulich beschrieben, das ich auch schon in meinem Artikel: "Sommerzeit, Eis-Zeit, Zeit für Eis-Exprimente und Eis-Rezepte" verwandt habe. In diesem Artikel stehen auch noch weitere Experimente und Erklärungen: Eisberge im Glas, Eis-Ausdehnung, Deformation durch Eis.

Wenn die Eiskristalle schmelzen, werden die Wasserstoffbrücken aufgebrochen, die Gitterordnung bricht auf, die Wassermoleküle können sich enger zusammen lagern und somit hat Wasser eine höhere Dichte (0,9999g/cm3) als Eis (0,9168g/cm3) bei 0°C . Da im Schnee auch noch Luft eingeschlossen ist, lässt sich der Schnee gut zusammendrücken und dadurch nimmt das Schnee-Schmelzwasser wesentlich weniger Volumen ein als der feste Schnee.

Umgekehrt platzt die Wasserflasche, wenn das Wasser gefriert, weil Eis eine geringere Dichte hat, somit ein größeres Volumen einnimmt. Dadurch schwimmt es auch auf dem Wasser und ermöglicht weiter das Leben im Wasser. Die Weinflaschen sind nicht geplatzt, da diese Anomalie nur für Wasser, nicht für Alkohol (hier: Ethanol) gilt. Außerdem erstarrt Ethanol erst bei -114,5°C.

Eis-Experimente mit Salz

Da schon seit Wochen die Temperaturen nachts unter 0°C sinken und auch tagsüber nur wenig über 0°C steigen, lässt sich gut mit Eis und Schnee experimentieren.

Ich habe ein Glasgefäß mit Leitungswasser und eines mit Salzwasser nachts draußen stehen lassen und am nächsten Morgen war das Leitungswasser gefroren, das Salzwasser nicht.

Heute morgen habe ich drei Eiswürfel nach draußen gestellt: Auf einen habe ich Salz gestreut, auf einen Zucker und einen habe ich unbehandelt draußen bei knapp über 0°C stehen lassen.

Beobachtungen: Der Eiswürfel, auf den das Salz gestreut war, begann sehr schnell, nach wenigen Minuten, langsam an der Oberfläche zu schmelzen (Foto rechts oben). Der Eiswürfel mit dem Zucker begann viel langsamer zu schmelzen und bei dem Eiswürfel ohne Salz und Zucker schmolz sichtbar so gut wie gar nichts (Foto links unten). Auf dem Foto rechts unten sieht man die Unterschiede sehr deutlich: Links ist der Eiswürfel ohne Zusatz, in der Mitte der Eiswürfel auf den ich das Salz gestreut habe und rechts der Eiswürfel auf den ich Zucker gestreut habe.

Erklärung: Lösungen haben einen niedrigere Gefrier- und Schmelzpunkt als Reinstoffe. "Die Wirkung des Auftausalzes beruht auf dem physikalisch-chemischen Effekt der molaren Schmelzpunkterniedrigung, durch den der Gefrierpunkt einer Flüssigkeit abnimmt, je mehr Teilchen in ihr gelöst werden." (wikipedia) Die Erstarrungstemperatur einer Kochsalz-Wasser-Lösung liegt unter 20°C, die von Wasser bei 0°C. Zwischen den beiden Aggregatzuständen fest und flüssig herrscht ein chemisches Gleichgewicht, so dass auch bei Temperaturen unter 0°C immer ein wenig Wasser vorhanden ist, in dem sich das Salz oder der Zucker auflösen können. "Herkömmliches Kochsalz eignet sich gut bei wenigen Minusgraden als Streusalz. Ab ca. -10 °C sind andere Salze wie etwa das umweltunschädlichere Calciumchlorid oder Magnesiumchlorid besser geeignet" (CHEMIE.DE "Streusalz") Auch wenn das Streusalz überwiegend aus Natriumchlorid (Kochsalz) besteht, verursacht es Umweltprobleme: "Die Verwendung von Auftausalz hat zahlreiche Nachteile für die Umwelt.[13] Das Salz gelangt mit dem Schmelzwasser in den Boden. Der dadurch verursachte übermäßige Eintrag von Natrium- und Chloridionen in den Boden hat negative Auswirkungen auf die Bodenstruktur, es kann zu Verschlämmung und Verdichtung kommen." (wikipedia) Wenn das Streusalz in die Gewässer gelangt, verursacht es dort Schäden bei Pflanzen und Tieren, bei Haustieren schädigt es die empfindliche Haut zwischen den Zehen und durch Korrosion entstehen Schäden an Fahrzeugen und Stahlträgern.

In dem wikipedia-Artikel steht, dass auch Alternativstoffe ausprobiert werden, die aber ebenfalls Nachteile besitzen.  In der Berner Zeitung ist z.B. zu lesen, dass die Schweiz versucht mit Zucker statt Salz gegen Straßenglätte vorzugehen. Laut "eilbote" wird auch in Großbritannien Zucker bzw. Melasse als Streusalzersatz eingesetzt und auch Mischungen aus Natriumchlorid und Zucker ausprobiert. Sie würden aber keine gute Alternative darstellen: Geringere Tauleistung, teurer, ebenfalls Probleme für Boden, Fauna, Flora, Gewässer sowie Ausbringungsprobleme. Es muss also weiter über Alternativen geforscht werden.

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Mo

23

Jan

2017

Eisblumen, Schneekristalle, Winterzeit - Beobachtungen, Experimente (2017)

Eis, Schnee, Wasser: Zustandsfor- men des Wasserstoffoxids

Wir sind gerade zurück aus einem wunderschönen Urlaub mit märchenhaft verschneiten Bäumen, Eisblumen an Fensterscheiben, Eiszapfen in plätschernden Bächen und Sonnenschein - was für ein Genuss! Wasser ist das einzige "Element", das wir in allen drei Aggregatzuständen in der Natur antreffen können; Fest (Eis, Schnee), flüssig (Bäche, Meere, Seen) und gasförmig (Wasserdampf). Chemisch ist Wasser eine Sauerstoffverbindung des Wasserstoffs, die durch Verbrennung von Wasserstoff entsteht: 

H2 + ½ O2 → H2O        ∆H = -286,0 kJ

 

Aufgrund der großen Elektronegativitätsdifferenz zwischen Wasserstoff und Sauerstoff zeigt das Wassermolekül ein starkes Dipolmoment und dadurch ungewöhnliche Eigenschaften: So eignet es sich z.B. gut als Lösungsmittel, ermöglicht die Oberflächenspannung des Wassers Wasserläufern sich auf der Wasseroberfläche zu bewegen, kristallisiert Eis in hexagonalen Kristallen, schwimmt Eis auf dem Wasser und ermöglicht somit auch in zugefrorenen Seen ein Leben unter Wasser usw.

Im Urlaub haben wir unfreiwilig das Experiment einer platzenden Wasserflasche erlebt. Auch im Winter lassen sich durch Beobachtungen und Experimente mit Eis und Schnee Erkenntnisse gewinnen. Siehe auch meinen blog-Artikel "Sommerzeit, Eis-Zeit, Zeit für Eis-Experimente und Eis-Rezepte"

Eisblumen, Eiskristalle, Eiszapfen

Wasser gefriert unter normalen Bedingen bei 0°C zu Eis. Je nach Druck und Temperatur tritt das Eis in verschiedenen Erscheinungsformen auf. Bei 0°C und unter normalem Druck erstarrt Wasser zu einer hexagonalen Form. (Schüler Duden Chemie, 1995, S.422f.) Auf dem Foto links oben lässt sich meines Erachtens ganz gut die regelmäßige Anordnung der Eiskristalle beobachten. Wir nennen sie auch Eisblumen, weil sie uns an die Form von Pflanzen erinnern. Diese Eisblumen an der Fensterscheibe unseres Autos sind eher sternförmige Eiskristalle (Dendriten). Auf der Schneeoberfläche (s. Foto oben rechts) lassen sich prismenförmige Schnee- bzw. Eiskristalle  erkennen, die so wunderschön in der Sonne glitzerten. Die Art des Kristallwachstums hängt von der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit ab. Je tiefer die Temperatur desto eher entstehen Plättchen oder Prismen, je höher die Temperatur desto eher entstehen Sterne.

Die regelmäßige Anordnung der Eiskristalle entsteht dadurch, dass die Wassermoleküle über Wasserstoffbrücken so miteinander verknüpft sind, dass jedes Sauerstoffatom des Wassermoleküls tetraedisch von 4 weiteren Sauerstoffatomen umgeben ist. Dadurch entsteht ein hochpolymerer fester Verband aus Makromolekülen (Riesenmolekülen). "Sechs Wassermoleküle schließen sich dabei über Wasserstoffbrücken jeweils zu einem Ring zusammen, wobei jedes Molekül ebenfalls Teil von zwei benachbarten Ringen ist. Die hexagonale Symmetrie der Kristallstruktur spiegelt sich in der makroskopischen Gestalt der Eiskristalle wider."(wikipedia)

Eis-Experimente

Wie oben erwähnt haben wir im Urlaub unfreiwillig ein Eis-Experiment gemacht: Wir haben über Nacht eine Glasflasche mit Mineralwasser im Auto liegen gelassen. Am nächsten Morgen war aus dem Wasser Eis geworden und die Flasche geplatzt. Die auch im Auto liegenden Weinflaschen waren zum Glück nicht geplatzt.

Heute Nachmittag habe ich im Garten Schnee gesammelt und in den 100ml Messzylinder gefüllt. Aus den etwas mehr als 100ml Schnee ist bei Zimmertemperatur in ca. einer Stunde 40ml Wasser geworden.

Wie lässt sich das erklären?

Die Erklärung und weitere Experimente später.

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Sa

17

Dez

2016

Adventszeit, Backzeit: Mehl-Type, Vanillekipferl, Cantuccini (2016)

Auch Vanillekipferl (s. Foto) müssen in meiner Familie unbedingt in der Adventszeit gebacken werden. Wir alle lieben Vanille, finden die Kipferl köstlich und ihr Duft gehört für uns zur Adventszeit dazu. Für mich passen sie z.B. auch sehr gut zu Mousse au chocolat, meinem Lieblings-Dessert.

Haben die US-Chemiker-innen denn hierzu einen Verbesserungs-vorschlag? Welche Mehl-Type empfehlen sie und warum?

Die richtige Mehl-Type wählen

In dem WAZ-Artikel "Mehl, Zucker, Backpulver – Die Wissenschaft des Backens" steht nicht nur wann ich Backpulver und/oder Natron verwenden soll, sondern auch welche Mehl-Type für welches Gebäck sinnvoller ist.

Vanillekipferl, die auf der Zunge zergehen sollen, sollten eher mit Mehl der Type 405 gebacken werden, da es wenig Protein und somit wenig Gluten enthält. Proteine (Eiweiße) sind Makromoleküle (Riesenmole- küle) aus Aminosäuren, die über Peptidbindungen miteinander verbunden und ein essentieller Baustein aller Zellen sind. Sie sind wesentlich für die Struktur und Funktion der Zellen, beeinflussen z.B. als Enzyme und Hormone den gesamten Stoffwechsel, übernehmen Transportfunktionen im Blut, sind bedeutsame Bauelemente aller Biomembranen. (s. Schüler Duden Biologie, Meyers 1994, S.113) Gluten ist ein Proteingemisch, das in Getreide-Samen vorkommt und auch Klebereiweiß genannt wird. Die verschiedenen Mehl-Typen enthalten laut dem Buch (s.o.) unterschiedlich viel Gluten. Je höher die Type-Nummer desto höher der Anteil an Gluten: Type 405 enthält nur bis 11 Prozent, Type 550 10 - 13 Prozent und Type 812 12 - 14 Prozent. Je knackiger das Produkt werden soll desto höher darf der Gluten-Anteil sein, je zarter desto geringer. So sollte ich für zarte Vanillekipferl Mehl der Type 405 verwenden, für Brot wird deshalb gerne Mehl der Type 812 verwendet und z.B. Cookies, die eher knackig werden sollen, können mit Mehl der Type 550 gebacken werden. Also werde ich mir jetzt auch die Mehl-Type 405 wieder zulegen.

 

Rezept Vanillekipferl

Zutaten: 175 g Butter, 200 g Mehl (Type 405), 80 g Zucker, 2 Eigelb, 1/2 Vanilleschote, 100 g gemahlene Mandeln,

              30 g Puderzucker und 1 EL Vanille-Zucker zum Bestreuen

Zubereitung: Alle Zutaten zu einem glatten Teig kneten, daraus zwei lange Rollen formen und in Folie oder                   Backpapier eingehüllt eine Stunde kalt stellen.

                  Die Rollen in 30 - 40 Scheiben schneiden, jedes Teig-Stück zuerst zu einer Rolle und dann zu einem                    Kipferl formen und im Backofen bei 150° Umluft ca. 10 - 15 Minuten backen. Die Kipferl nach dem                   Backen gut mit dem Puder-Vanille-Zucker-Gemisch bestreuen.

Nachlese zu meinem blog-Artikel: Adventszeit, Zeit des Backens: Triebmittel ...

Dieses Mal habe ich das Cantuccini-Rezept entsprechend der Empfehlung der US-Chemiker_innen abgewandelt und als Triebmittel eine Mischung aus Backpulver und Natron verwendet. Es hat mich doch gereizt, ob ich einen Unterschied feststellen kann. Auf jeden Fall wurden sie schneller und meines Erachtens gleichmäßiger braun und ich habe die Backzeit jeweils um 2 Minuten verringert; sonst wären sie mir verbrannt. Also, Achtung, wenn die Rezepte so abgewandelt werden. Ich meine auch, dass sie tatsächlich noch etwas aromatischer sind, Klaus hat das nicht geschmeckt. Also, einfach einmal ausprobieren!

Rezept Cantuccini: In Klammern die Abwandlung

Zutaten: 175 g gehobelte Mandeln, 250 g Mehl, 180 g Zucker,                     1 TL Backpulver (knapp 2 TL Backpulver und 1/2 TL Natron),               Mark einer Vanilleschote, etwas Amaretto, 1 Prise Salz,

              125 g zimmerwarme Butter, 2 Eier

 

Zubereitung: Für den Teig Mehl, Zucker, Backpulver (und Natron), Vanillemark, Amaretto, Salz, Butter und Eier zu einem Knetteig verarbeiten. Er ist klebrig. Die Mandelblättchen unterheben, den Teig zu einer Kugel formen (eventuell mit etwas Mehl) und 30 Minuten kalt stellen.

Den Backofen auf 200° Umluft vorheizen, das Backblech mit Backpapier auslegen und den kühlen Teig in sechs Teile schneiden. Aus jedem Teil ca. 25 cm lange Rollen formen. Diese im Abstand von ca. 8 cm auf das Backblech legen und 15 (13) Minuten backen. Abkühlen lassen und dann schräg in dicke Scheiben schneiden. Die Scheiben mit der Schnittfläche nach oben 10 (8) Minuten rösten, bis sie goldbraun sind.

Die Plätzchen auskühlen lassen und in einer geschlossenen Blechdose aufbewahren, damit sie nicht weich werden.

Guten Appetit!

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Di

13

Dez

2016

Adventszeit, Zeit des Backens: Triebmittel, Petits fours (2016)

Das Backen gehört für mich genauso zur Adventszeit wie Kerzenlicht und Tannenduft. Als unsere Kinder noch klein waren, haben wir vor allem Ausstecherle gebacken, aber auch  Spritzgebäck und Vanillekipferl.  In diesem Jahr habe ich zum ersten Mal Baumkuchen- Petits fours gemacht, siehe Foto. Es hat mir Spaß gemacht und sie sind lecker und hübsch anzusehen. Weihnachten ohne Lebkuchen-Häuser wäre eine richtige Enttäuschung für unsere Söhne gewesen und so kündigte der Duft nach Lebkuchen den nahen Heiligabend an, nicht nur für die Kinder.

 

In der WAZ las ich Anfang Dezember in dem Artikel "Die Wissenschaft des Backens", dass US-Chemiker in einer Testküche experimentiert haben und verraten wie Plätzchen am besten gelingen. Von Stiftung Warentest gibt es seit September 2015 "Perfektion. Band 3 Backen", eine Übersetzung  des Kochbuchs des promovierten Lebensmittelchemikers Guy Crosby. Soll ich als Backtriebmittel lieber Backpulver oder Natron nehmen, wann eher braunen oder weißen Zucker, welche Mehl-Type eignet sich für welche Plätzchen am besten und soll ich den Teig eher mixen oder rühren? Mein Interesse war geweckt.

Backpulver und Natron

Natron, chemisch Natriumhydrogencarbonat, das Natriumsalz der Kohlensäure, entwickelt  mit Säuren das Gas Kohlendioxid, welches den Teig aufgehen lässt, erkennbar an der Blasenbildung. Genauer ist das zum Beispiel in meinem blog-Artikel "Säuren nützen im Haushalt - einige Beispiele und Rezepte" nachzulesen: " Allgemein: Carbonate reagieren mit Säuren zu Kohlendioxid, Wasser und dem Natriumsalz der Säuren. Beispiel(e): Natron und Citronensäure reagieren also zu Kohlendioxid, Wasser und Natriumcitrat, dem Salz der Citronensäure."

 

Backpulver besteht aus Natrium- oder Kaliumhydrogencarbonat, einem Säuerungsmittel, z. B. Weinsäure zur Entwicklung von Kohlendioxid (s.o.) und etwas Stärke (Mais-, Reis-, Weizen- oder Tapiokastärke) als Trennmittel und um Feuchtigkeit zu binden. So reagieren die Carbonate erst mit der Säure wenn eine Flüssigkeit hinzu gegeben wird.

 

Von beiden werden nun Vor- und Nachteile beschrieben: Backpulver sollte eher verwendet werden, wenn in dem Teig keine säurehaltigen Zutaten, wie z.B. Orangen, Zitronen, Äpfel, Joghurt, Quark enthalten sind. Enthält der Teig aber schon viel säurehaltige Zutaten empfiehlt sich eher die Verwendung von Natron, da es die Säure neutralisieren kann: In Wasser lösen sich Hydrogencarbonate mit einer schwach alkalischen Reaktion (pH >7 durch Hydroxidionen). Hydroxidionen reagieren mit den Oxoniumionen der Säuren zu Wasser und können sie somit neutralisieren. (Säuren, pH <7, reagieren mit Basen, pH >7, zu Salz und Wasser, pH=7). Dadurch würden die Plätzchen eher braun und entstünden komplexere Aromen.

Die Testköche hätten mit beiden Varianten experimentiert und seien zu dem Ergebnis gekommen, dass beide zusammen den besten Geschmack ergeben würden: 2 TL Backpulver plus 1/2 TL Natron auf 280 g Mehl. Das ist für mich neu und werde ich bald beim Backen ausprobieren.

"Baumkuchen-Petit fours"

Das Rezept habe ich bei Chefkoch gefunden und es hat beide Male sehr gut geklappt. Beim zweiten Mal, hier links zu sehen, habe ich größere Petits gemacht (4 x 6 cm); da ging das Verzieren doch deutlich schneller und machte noch mehr Spaß. Da für den Baumkuchen-Teig kein Treibmittel verwendet wird, muss ich auch nichts ändern.

Der Teig ist in ca. 20 Minuten gebacken; das Verzieren dauert schon ein wenig. Wer gerne kreativ ist, hat aber sicher auch Freude daran. Ich habe ein Drittel mit weißer Kuvertüre, ein Drittel mit Vollmilch-Kuvertüre und ein Drittel mit Zuckerguß überzogen. Der Zuckerguß hat den Vorteil, dass die sieben Schichten des Baumkuchens so schön erkennbar sind. Verziert habe ich u.a. mit Pistazien, selbst gemachten Krokant, Zuckersternchen, Mokkabohnen, Schokoldenröllchen, Da ist viel Raum für jeden Geschmack und weitere Ideen. Über Anregungen freue ich mich immer.

Die weiteren Verbesserungsvorschlägen der US-Chemiker werde ich mir auch noch genauer ansehen.

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Fr

16

Sep

2016

Ozon - eine Sauerstoffverbindung die schaden und schützen kann (2016)

Ozon schadet in Bodennähe, schützt in der Atmosphäre

Eine Sauerstoffverbindung kann giftig, gefährlich sein? Die meisten Menschen verbinden mit dem Begriff Sauerstoff sicher nur Positives. Viele Lebewesen benötigen Sauerstoff zum Atmen, für ihren Stoffwechsel, zum Aufbau energiereicher Verbindungen. Dieser molekulare Sauerstoff aus zwei Sauerstoffatomen unterscheidet sich in seinen Eigenschaften allerdings erheblich vom Ozon, einem Sauerstoffmolekül aus drei Sauerstoffatomen. 

 

Eigenschaften: Luftsauerstoff, Disauerstoff O2, ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, sehr reaktionsfähig und nur mäßig löslich in Wasser. Ozon, Trisauerstoff O3, ist bei Zimmertemperatur ein blaues Gas, das sogar noch in einer Verdünnung von 1:500 000 deutlich zu riechen ist. Es ist unbeständig und zerfällt bei gewöhnlicher Temperatur und gewöhnlichem Druck zu Disauerstoff.

 

Schutz der Ozonschicht: In dem WAZ-Artikel "Ein Tag für die schützende Schicht der Erde", las ich, dass der 16. September der Internationale Tag für den Schutz der Ozonschicht ist. Gerade im Sommer wird aber doch auch häufig Ozonalarm ausgelöst. Wie hängt das zusammen?

 

Entstehung: "Ozon bildet sich überall dort, wo durch Energiezufuhr (u.a. bei der Einwirkung energiereicher Strahlung oder bei elektrischen Entladungen) Sauerstoffatome aus Sauerstoffmolekülen freigesetzt werden, die dann mit weiteren Sauerstoffmolekülen reagieren." (Schüler Duden Chemie, Mannheim 1995, S. 303f) Bei der Bildung von Ozon aus Sauerstoff dient z.B. das Stickstoffdioxid, das in großen Mengen durch industrielle Prozesse entsteht, als Katalysator. Siehe auch "Entstehung von bodennahem Ozon" der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg und "Photosmog und bodennahe Ozonbildung" von Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie.

 

Gefahren, Ozonalarm: Bodennah ist Ozon gefährlich. Es ist ein giftiges Gas, das Augen, Schleimhäute, die Lunge reizt und Pflanzen schädigt. Es entsteht vor allem im Sommer, weil dann die Sonnenstrahlung besonders intensiv ist. Durch Luftschadstoffe wie Stickstoffoxide, Schwefeloxide und Kohlenwasserstoffe aus Autos und Industrieabgasen wird dann vermehrt Ozon aus dem Luftsauerstoff gebildet. Da die negativen Auswirkungen von Ozon, vor allem in höheren Konzentrationen, besonders für Kinder, Kranke und Senior_innen nicht mehr strittig sind, muss die Bevölkerung ab einer bestimmten Konzentration gewarnt werden und gibt es Verhaltensregeln vom Umweltbundesamt: "Ab einer Konzentration von 180 Mikrogramm je Kubikmeter (µg/m3) im Stundenmittel wird die Bevölkerung unterrichtet, ab 240 µg/m3 erfolgt eine Warnung." Siehe auch "Ozon-Alarm in Deutschland: So gefährlich ist das Gas tatsächlich" von focus online, August 2015 .

 

Schutzschicht, Ozonloch: In der Stratosphäre, in einer Höhe von 20 bis 40 km, schützt uns das Ozon dagegen vor dem für Lebewesen gefährlichen UV-C-Anteil aus dem Sonnenlicht. In geringen Mengen ist die UV-Strahlung der Sonne zwar lebensnotwendig, da der menschliche Körper sie z.B. zur Herstellung von Vitamin D benötigt, in größeren Mengen verursacht sie dagegen Schäden wie Sonnenbrand, deutlich mehr Augenerkrankungen, eine stark erhöhte Hautkrebsrate, eine Schädigung des Erbmaterials in den Zellen und eine Schwächung des Immunsystems. "Da auch Algen und Landpflanzen geschädigt werden können, ist auch die Ernährungsgrundlage des Menschen in Gefahr." (blickpunkt chemie, Braunschweig 2002, S. 270)

Diese so wichtige Ozonschicht in höheren Schichten der Atmosphäre wurde vor allem durch aufgestiegene Treibgase, Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) enorm geschädigt. Sie wurde immer dünner. 1986 haben Wissenschaftler_innen erstmals ein Ozonloch über der Antarktis nachgewiesen, also einen Bereich mit einer sehr geringen Ozonkonzentration. Seit den 80er Jahren wird das Ozonloch jeweils im Frühjahr und Spätwinter beobachtet und 2011 erstmals, laut Greenpeace auch über der Nordpolarregion."Greenpeace kämpfte seit den 80er Jahren für ein Verbot der Klima- und Ozonschicht zerstörenden FCKW. Um allen Verbrauchern eine umweltfreundliche Kühlschrankalternative anzubieten, entwickelte Greenpeace gemeinsam mit der sächsischen Firma dkk Scharfenstein (später Foron) den ersten FCKW- und FKW-freien Kühlschrank der Welt, den Greenfreeze. Seit 1992 hat der Greenfreeze einen internationalen Siegeszug angetreten." Zwar dürfen vollhalogenierte FCKW seit 1996 in den Industrieländern nicht mehr hergestellt oder verwendet werden. Doch laut blickpunkt chemie (Hannover 2006, S. 270) wird uns das Ozonproblem noch Jahrzehnte begleiten, da es bis zu dreißig Jahre dauert bis am Boden freigesetzte FCKW-Moleküle die Ozonschicht erreichen.

 

Zerstörung der Ozonschicht durch FCKW: Durch die Sonnenstrahlung werden von den FCKW Chloratome abgespalten, die sehr reaktionsfähig sind und pro Molekül mit einem Ozonmolekül zu einem Sauerstoffmolekül und einem Molekül Chlormonooxid reagieren.

z.B.: CCl3F -------------> CCl2F + Cl

        Cl +  O3 ----------> ClO +  O2

Das Chlormonoxid reagiert mit einem Sauerstoffatom, das bei der Spaltung von Ozon durch die UV-Strahlung entsteht. So wird neben einem Sauerstoffmolekül wieder ein Chloratom frei.

        ClO + O -----------> O2 + Cl

"Auf diese Weise kann ein enziges Chloratom bis zu 100 000 Ozonmoleküle zerstören." (elemente chemie I, Stuttgart 19994, S. 279) Laut Spiegel online vom Juli 2016 scheint das FCKW-Verbot aber langsam Wirkung zu zeigen: "Jetzt präsentieren Forscher den entscheidenden Beweis: Am Beginn der Ozonlochsaison im September zeigten Messungen von Wetterballons und Satelliten, dass die Ozonschicht tatsächlich dicker geworden ist, berichten Forscher im Wissenschaftsmagazin "Science"."

 

Ozonproblematik: Ein Video von focus online zeigt kurz und knapp "Die guten und schlechten Seiten von Ozongas", gerade auch für Asthmatiker_innen, Menschen mit Lungenerkrankungen. Vor allem an warmen, sonnigen Tagen steigen die Ozonwerte und können sich auch durch Kopfschmerzen bemerkbar machen. Sehr anschaulich und ausführlich ist die Ozonproblematik von Julia Fehring und Lena Schreiner dargestellt. Hier werden auch internationale Maßnahmen zur Verringerung des Ozonlochs von 1985 bis 1999 sowie EU-Maßnahmen dargestellt: Ausstieg aus H-FCKW, Methylbromid (Pestizid), Maßnahmen zur Reduktion der Emission aller ozonabbauender Stoffe. Auch Auswirkungen und Ursachen für eine erhöhte Ozonkonzentrationen am Boden werden hier zusammen mit politischen Maßnahmen genauer dargestellt

 

Ozonwerte in Deutschland: Auf der webseite wetter online "Luftqualität Deutschland" lässt sich jeweils die Prognose Tagesmaximum Ozon ablesen. Laut Umweltbundesamt sind die Ozon-Spitzenkonzentrationen zwar seit 1990 lange nicht mehr so hoch und so häufig, dafür habe der Ozon-Jahresmittelwert in dem gleichen Zeitraum aber zugenommen und der Zielwert für 2010 werde weiterhin überschritten. Es muss also noch viel getan werden.

 

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Di

22

Mär

2016

Eier selber färben mit Pflanzenfarbstoffen (2016)

Selber Eier färben mit Granatapfel, Heidelbeeren, Holunderbeersaft, Kurkuma, Rotkohl, Rooibostee und  Spinat machte uns letztes Jahr Ostern allen viel Spaß. Das Experimentieren mit selbst hergestellten Farblösungen aus Pflanzenfarbstoffen ist einfach toll. Dank Katharinas Idee haben wir durch Blätter aus unserem Garten auch noch hübsche Muster bei den bunten Eiern erzielt. Wichtig für ein gutes Ergebnis ist, die Eier durch Essig vorher anzurauen und die in der jeweiligen Farblösung gekochten Eier darin abkühlen zu lassen. Die  Farbintensität war sehr unterschiedlich und dadurch natürlich auch die Wirkung durch die Blätter.

nicht der strengen Kennzeichnungspflicht, die EU-weit für rohe Eier gilt

Kaufen oder lieber selber färben? | WAZ.de - Lesen Sie mehr auf:
http://www.derwesten.de/staedte/warstein/kaufen-oder-lieber-selber-faerben-aimp-id11653107.html#plx271841403

In diesem Jahr möchte ich mal versuchen nur unterschiedliche Farben durch Rotkohl zu erzielen, indem ich die Farblösung mal pur verwende und mal mit Natron oder Essig versetze. Die Idee mit den Blättern hat mir so gut gefallen, dass ich das auf jeden Fall wiederholen will.

In der WAZ ist jetzt vor Ostern z.B. zu lesen, dass die gefärbten Eier "...nicht der strengen Kennzeichnungspflicht die EU-weit für rohe Eier gilt" unterliegen und dadurch verschleiert werden kann, dass sie aus Käfighaltung stammen. Auch in der Süddeutschen Zeitung steht, dass wir nur sicher sein können keine gefärbten Eier aus Käfighaltung zu bekommen, wenn wir die Eier selber färben. Welche Farbstoffe dann bei den gekauften Eiern benutzt werden, wissen wir auch nicht. Also, es gibt viele gute Argumente, um selbst Eier zu färben.

nicht der strengen Kennzeichnungspflicht, die EU-weit für rohe Eier gilt

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nicht der strengen Kennzeichnungspflicht, die EU-weit für rohe Eier gilt

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http://www.derwesten.de/staedte/warstein/kaufen-oder-lieber-selber-faerben-aimp-id11653107.html#plx271841403
nicht der strengen Kennzeichnungspflicht, die EU-weit für rohe Eier gilt

Kaufen oder lieber selber färben? | WAZ.de - Lesen Sie mehr auf:
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nicht der strengen Kennzeichnungspflicht, die EU-weit für rohe Eier gilt. In bunte Schalen gehüllt, verschleiern viele fixe und fertige Produkte jedoch, dass sie aus Käfighaltung stammen.

Kaufen oder lieber selber färben? | WAZ.de - Lesen Sie mehr auf:
http://www.derwesten.de/staedte/warstein/kaufen-oder-lieber-selber-faerben-aimp-id11653107.html#plx1357774269
nicht der strengen Kennzeichnungspflicht, die EU-weit für rohe Eier gilt. In bunte Schalen gehüllt, verschleiern viele fixe und fertige Produkte jedoch, dass sie aus Käfighaltung stammen.

Kaufen oder lieber selber färben? | WAZ.de - Lesen Sie mehr auf:
http://www.derwesten.de/staedte/warstein/kaufen-oder-lieber-selber-faerben-aimp-id11653107.html#plx1357774269

1. Schritt: Eier anrauen

Lege die zu färbenden rohen, weißen Eier fünf Minuten in Essig oder entsprechend verdünnter Essigessenz (5 %). Die Essigsäure löst die Kalkschale unter Gasentwicklung (Kohlendioxid) langsam auf. So ist die Schale nach 5 Minuten im Essig etwas rau und kann die Farbe besser aufnehmen. Wenn dich genauer interessiert, was mit der Eirschale in Säuren/im Essig passiert, lies nach in meinem blog-Artikel "Ei-Experimente"

2. Schritt: "Vegane" Farblösungen herstellen - Kurkuma und Rotkohl waren und sind die Favoriten

Rotkohllösungen: Wir haben einen halben Rotkohl in schmale Streifen geschnitten, mit Wasser gerade bedeckt, einmal kurz aufkochen und dann gut eine Stunde simmern lassen. Nach dem Abseihen durch ein Sieb, erhielten wir eine intensiv blauviolett gefärbte Lösung.

In diesem Jahr habe ich zu einem Teil der blauvioletten Rotkohllösung eine Tüte Natron (natürlich vegan Katharina) gegeben und erhielt eine erst blaue, dann, beim Kochen der Eier, grüne Lösung. Nach Zugabe von Essigessenz wurde die Rotkohllösung intensiv rotviolett.(s. auch meinen blog-Artikel "Experimentieren mit Rotkohl")

Kurkumalösung: 20g Kurkuma haben wir in ca. 500 ml Wasser 30 Minuten geköchelt und erhielten eine intensive gelborange Farblösung.

Heidelbeerlösung: Die Heidelbeeren wurden gerade mit Wasser bedeckt, einmal aufgekocht und dann haben wir sie auch ca. 30 Minuten simmern lassen.

Weniger gelungen: Der konzentriert hergestellte Rooibostee ergab zwar eine rotbraune Lösung, färbte die Eier aber eher so wie braune Eier. Die Spinatlösung aus ca. drei Handvoll Blattspinat und ca. 500ml Wasser war nur blassgrün und färbte die Eier kaum. Der Granatapfel, der Hände und Holzbrett beim Verarbeiten intensiv rot färbt, ergab auf den Eiern leider auch kaum eine Verfärbung, erst Recht kein intensives Rot. Heidelbeerlösung und der Apfel-Holunderbeer-Saft, waren zum Färben enttäuschend, da sie nicht intensiv blau sondern eher schmutzig blaugrau oder graubraun gefärbt haben. Der Holunderbeersaft war aber auch wenig konzentriert, so dass ich ihn lange eingekocht habe. Im Sommer möchte ich einmal daran denken, aus den gesammelten Holunderbeeren auch Saft zu pressen und nicht alles zu Marmelade zu verarbeiten. Karotten haben wir dann gar nicht mehr ausprobiert.

3. Schritt: Muster mit Blättern

Du brauchst: Mikrofasersocken, Blätter aus dem Garten oder deiner Umgebung.

Jeweils eins oder zwei der ausgewählten Blättchen, z.B. Geranium- oder Leberblümchen-Blätter, auf ein weißes, angerautes Ei legen und das so verzierte Ei in das Söckchen legen und gut zuknoten.

 

4. Schritt: In dem Aufguss kochen und abkühlen lassen

Die angerauten und zum Teil mit Blättchen in Microfaser-Socken eingepackten Eier haben wir dann in den verschiedenen Farblösungen jeweils 8 Minuten gekocht und in dem Farbaufguss abkühlen lassen. Nach dem Einreiben mit einer Speckschwarte glänzten sie schön und eine Auswahl der am besten gelungenen gefärbten Eier aus dem letzten Jahr sind auf dem ersten Foto, ganz oben, abgebildet.

Ausblick

Das blau gefärbte Ei lag schon ca. 12 Stunden im Rotkohlaufguss, das blassgrüne Ei liegt erst kurz im mit Natron versetzten Rotkohlaufguss und die intensiv rotviolett gefärbte Lösung in dem Eierbecher ist der Rotkohlaufguss nach Zugabe von Essigessenz. Das Endergebnis, vor allem auch mit der Wirkung durch die Blätter, lässt noch ein wenig auf sich warten. Vielleicht ergänze ich auch doch noch gelbe Kurkuma-Eier. Allen Leser_innen frohe Ostern und viel Spaß beim Experimentieren, Angelika Nordmann

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Sa

20

Feb

2016

Mehlwürmer fressen coffee-to-go-Becher - Styropor herstellen,verwenden, recyceln (2016)

Forscher_innen der Standford-Universität haben entdeckt, dass Mehlwürmer Styropor fressen können und eine 13jährige  Schülerin erforschte, dass Mehlwürmer die Styroporart der coffee-to-go-Becher bevorzugen. Sofort habe ich mir in einem Zoofachgeschäft Mehlwürmer gekauft, um selbst zu experimentieren. Sind die Würmer der Mehlkäfer also nicht nur begehrtes Vogelfutter, Köder für Angler_innen, eine gute Eiweißquelle für Nager wie z.B. Mäuse und Hamster, sondern auch perfekte Styroporrecycler? Ein spannendes Thema für interessierte Naturwissenschaftler_innen.

 

Polystyrol, als Schaumstoff von BASF unter dem Namen Styropor bekannt, der älteste Polymerisationskunststoff und einer der billigsten Kunststoffe, wird so vielseitig verwendet: Zur Herstellung von Bechern, CD-Hüllen und Einwegverpackungen und, da es leicht einzufärben ist, z.B. für Gebrauchsgegenstände wie Kämme, Knöpfe, Kugelschreiber, Schnallen etc.. Geschäumte Polymerisate finden Verwendung im Bausektor zur Schall- und Wärmeisolation, für Blumenkästen, Kühltaschen, Rettungsringe, Schwimmwesten, Spielzeug etc.. Copolymere werden für Autoreifen, Büromöbel, Förderbänder, Radio- und Staubsaugerteile, Telefonapparate, Zeichenartikel usw. verwendet. Es entstehen also Unmengen von Müll, die nur schlecht recycelt werden. Können die neuen Entdeckungen unser Plastikmüll-Problem verringern? Über meine eigenen Beobachtungen werde ich später auch berichten.

Was ist Polystyrol bzw. Styropor?

 

Aus Harz und einem Aromastoff

Polystyrol ist ein Kunststoff, der durch Polymerisation aus dem Grundbaustein Styrol, nach IUPAC Phenylethen, gewonnen wird. Der Name Styrol deutet darauf hin, dass dieses Monomer früher, schon 1831,  aus dem Harz Styrax des Orientalischen Amberbaums gewonnen wurde. Er ist ein Naturstoff, der laut wikipedia auch als Aromastoff in kleinen Mengen in Weintrauben, Kiwis und dem Duft der Orchideenblüten vorkommt.  Seine Bedeutung war zunächst gering, bis es 1930 als Grundstoff für die Kunststoffchemie entdeckt wurde.

 

Kettenpolymerisation

Heute wird Styrol aus Benzol, einem giftigen, krebserregenden aromatischen Kohlenwasserstoff und dem Pflanzenhormon Ethen hergestellt, wobei Aluminiumchlorid als Katalysator dient. Das so erhaltene Ethylbenzol wird dann großtechnisch zu Styrol dehydriert. Styrol polymerisiert schon unter Einfluss von Licht bei Raumtemperatur zu einem zähen, hochmolekularen Harz. In der Technik werden Peroxide als Katalysatoren zur Polymerisation eingesetzt. Beim Erwärmen zerfällt das so entstandene Peroxid in Radikale, die die Kettenpolymerisation einleiten. So entsteht das Makromolekül Polystyrol, einer der billigsten Kunststoffe, der sich aufgrund seiner Struktur bei niedrigen Temperaturen aber als brüchig erweist. Mischpolymerisate/Copolymere mit Acrylnitril zeigen dagegen eine hohe Festigkeit und Mischungen mit Kautschuk sind besonders zäh und stoßfest. Styrol lässt sich gut mit etwa zehn verschiedenen anderen Monomeren zu Kunststoffen copolymerisieren. Die SAN-Copolymere (Styrol-Acrylnitril) sind besonders bruchfest und beständig gegen unpolare Lösungsmittel und aus den SBR-Copolymerisaten (Styrol-Butadien-Rubber), werden nach Zusatz von Schwefel und Füllstoffen wie Ruß und Zinkoxid durch Vulkanisation Autoreifen oder Förderbänder hergestellt. Aus den schlagfesten Misch-Polymerisaten werden z.B. Büromöbel, Radio- und Staubsaugerteile, Telefonapparate und Zeichenartikel gefertigt.

 

Styropor

Aufgeschäumtes Polystyrol, das wir als Styropor kennen, besteht überwiegend aus Luft. In dem Video der Sendung "Kopfball" vom September 2013 ist sehr schön zu sehen wie kleine Polystyrolkügelchen durch Wasserdampf aufgeschäumt werden können. Dass das Styropor überwiegend aus Luft besteht zeigt dieses Video auch sehr anschaulich dadurch, dass lange Styroporstangen in einem organischen Lösungsmittel, hier Aceton, scheinbar verschwinden. Genaueres dazu unter Recycling, im nächsten Abschnitt. Eine elektronenmikroskopische Aufnahme in diesem Video zeigt die Struktur dieses Kunststoffes sehr schön: Porenwände aus Polystyrol, die mit Luft gefüllt sind. Deshalb ist Styropor so leicht, isoliert so gut und eignet sich prima als Dämmmaterial, zur Wärmedämmung. "Die Verwendung als Schaumkunststoff (Styropor) wurde 1949 von Fritz Stastny und seinem Chef Rudolf Gäth bei der BASF entwickelt, 1950 zum Patent angemeldet und 1952 auf der Kunststoffmesse in Düsseldorf vorgestellt." (wikipedia)

Recycling von Polystyrol, Styropor, Müll vermeiden

 

Die Mehlwürmer

„Unsere Studie ergab, dass Mehlwürmer Styropor essen und ihre Eingeweide das Material verdauen“, sagt Umweltingenieur Wei-Min Wu, Co-Autor der Studie. So ist es in der Wirtschaftswoche nachzulesen. Durch Enzyme zersetzen die Mehlwürmer laut dieser Studie den bisher als biologisch nicht abbaubar geltenden Kunststoff sehr schnell zu Kohlendioxid ohne weitere Belastung für die Umwelt. Nach einem Bericht von Spekrum. de verarbeiteten 100 Mehlwürmer täglich knapp 40 mg Kunststoff zu Kohlendioxid und Kot. Die Ausscheidungen der Mehlwümer seien laut der Mitteilung der Universität alle biologisch abbaubar und könnten theoretisch in der Pflanzenzucht als Dünger eingesetzt werden. Laut Wei-min Wu hätten die Mehlwürmer nach dem Fraß von Styropor keine gesundheitlichen Schäden gezeigt. Allerdings hatte die Testphase wohl nur einen Monat gedauert. "Offenbar übernehmen es Bakterien in den Innereien der Tiere, den eigentlich schwer zu verdauenden Kunststoff aufzuschließen. Welche Bakterien dies sind und ob sie sich auch isolieren und direkt auf das Polystyrol ansetzen lassen, wollen die Wissenschaftler demnächst klären" (Spekrum 10/2015)

 

Jugend forscht

Angeregt durch eine Radiosendung über Mehlwürmer, ich nehme an über diese Studie, hat eine 13jährige Schülerin, Nele Stumme aus der 8b des Karl-Ziegler-Gymnasiums in Mülheim selber dazu geforscht und sich damit bei "Jugend forscht" beworben. In dem Regionalwettbewerb vom Februar 2016 hat sie mit ihrer Arbeit im Fach Biologie zum Thema: „Styropor-Entsorgung durch Mehlwürmer?“ sogar den 1. Preis erhalten. Laut WAZ-Artikel habe sie herausgefunden, dass die Mehlwürmer aus verschiedenen Styroporarten besonders coffee-to-go-Becher bevorzugten und Styropor scheinbar sogar lieber mögen als Haferflocken. Vielleicht erfahren wir noch einmal Genaueres, wenn sie am Landeswettbewerb im April teilgenommen hat. Nach vier Tagen hat sich bei den ca. 30 Mehlwürmern, die ich eingesetzt habe, noch nicht viel Sichtbares an Plastikabbau getan.

 

Recycling von Styropor durch Auflösen in organischen Lösungsmitteln und  Aufschäumen - ein Experiment

Für ein einfaches Experiment, das das Prinzip veranschaulicht, brauchte ich ein altes Marmeladenglas, Aceton (aus dem Baumarkt), Styroporreste von Verpackungen und eine Pinzette oder etwas zum Umrühren. Bei Aceton sollten unbedingt die Gefahrenzeichen beachtet werden: F leichtentzündlich und Xi reizend, s. Gefahrstoff-Datenbank!

Es ist schon faszinierend zu sehen wie die großen Styroporstücke im Aceton unter Gasentwicklung immer weniger werden. Das ist besonders auf dem Video der Kopfball-Sendung zu sehen, da dort alles in größerem Maßstab, also mit viel größeren Styropor-Stücken, zu beobachten ist. Das Experiment zeigt einfach sehr anschaulich, dass Styroor zu einem hohen Prozentsatz aus Luft besteht. "Das Lösen der Polymere ist ein rein physikalischer Vorgang, bei dem keine chemische Veränderung eintritt. Die Moleküle des Lösungsmittls schieben sich dabei zwischen die Polymerketten und heben damit die teilkristalline Struktur des Styropors ® auf." (Recycling von Polystyrol, S. 4)  Übrig bleibt ein verdichtetes, sehr kleines Stück Polystyrol (s. vorletztes Foto). Wie in dem Kopfballexperiment habe ich dann versucht das verdichtete Polystyrol in einem Sieb über einem Wasserbad wieder aufzuschäumen. In geringem Maße lässt sich das tatsächlich auch mit dieser einfachen Methode beobachten. In dem Kopfballvideo wird das Aufschäumen allerdings mit kleinen Polystyrolkügelchen gezeigt, die eine viel größere Oberfläche haben. 

Die Philipps-Universität in Marburg schlägt als Lösungsmittel und zum Aufschäumen Essigsäureethylester und n-Hexan vor. Letzteres sei allerdings relativ teuer und für Schüler_innen-Exprimente nicht sehr geeignet. Zum Aufschäumen eignen sich ihrer Ansicht nach im Prinzip alle unpolaren Lösungsmittel, z.B. auch Aceton, da sie in die Zwischenräume der Polymere eindringen und die unpolaren Polystyrolmoleküle vollständig umgeben können. N-Pentan sei noch besser als n-Hexan geeignet, weil es einen deutlich niedrigeren Siedepunkt hat (36°C statt 69°C).

 

Begrenztes Recycling, Müll vermeiden

Laut Wirtschaftswoche könnten die Mehlwürmer eventuell einen notwendigen Beitrag zum Problem des immer mehr wachsenden Müllproblems leisten. Es gäbe immer noch zu wenig Recyclingmethoden für viele Plastiksorten. Eine besondere Herausforderung sind dabei sicher die Copolymere. Der NABU macht darauf aufmerksam, "...dass nur 50 Prozent (55 Prozent ab 2020) der tatsächlich gesammelten und damit entscheidenden Menge werkstofflich verwertet werden sollen." Er kritisiert den Entwurf zum Wertstoffgesetz, der nur schwache Anforderungen an recyclingfreundliche Verpackungen enthalte und keine Anreize setzte recycelte Rohstoffe im Herstellungsprozess auch einzusetzen. 

 

Plastik vermeiden

Bei allen Problemen, die der Plastikmüll in unserer Umwelt bereits verursacht, muss es uns also weiter darum gehen Plastikmüll möglichst zu vermeiden.  Siehe auch meinen blog-Artikel "Wie kommt Plastik durch uns in Milch, Honig, Leitungswasser, Tiermägen... - Was kannst du tun?",  z.B.: ¨Am Meeresgrund wimmelt es von Plastik und Müll¨. Es gibt auf einigen Webseiten Tipps wie wir Plastik vermeiden können, z.B. vom BUND, von Greenpeace, der Süddeutschen Zeitung. Für mich ist das ein großes Anliegen, um das ich mich täglich bemühe.

 

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Do

29

Jan

2015

Mikroplastik in Kosmetika - GRÜNEN-Antrag, kleine Gifttransporter, BUND-Einkaufsratgeber (2015)

Antrag an den Bundestag: "Freisetzung von Mikroplastik beenden"

Heute las ich in der taz, in dem Artikel "Schädliches Peeling" dass die Fraktion Bündnis 90/Die Grünen am 14.1.2015 einen Antrag an den Deutschen Bundestag gestellt hat, um die Freisetzung von Mikroplastik zu beenden. Laut diesem Antrag hat die Bundesregierung Kenntnis darüber, dass "...jährlich etwa 500 t Mikroplastik allein aus Polyethylen (PE) durch die Kosmetikindustrie auf den deutschen Markt gebracht [wird], die nicht sachgerecht entsorgt werden." Die Auswirkungen auf unsere Umwelt, die Meeresböden, die landwirtschaftlichen Nutzflächen und über die Nahrungsketten und das Trinkwasser auf die menschliche Gesundheit, mit denen der Antrag u.a. begründet wird, kannst du z.B. auch in meinem blog-Artikel "Wie kommt Plastik durch uns in Milch, Honig, Leitungswasser, Tiermägen...- Was kannst du tun?" nachlesen und in dem Artikel vom BUND "Mikroplastik – kleine Gifttransporter aus dem Abflussrohr"

In dem Antrag fordern die GRÜNEN die Entsorgung sicherzustellen, die Freisetzung in die Umwelt zu unterbinden, den Ausstieg von Mikroplastik aktiv zu unterstützen und Forschungsaktivitäten zu intensivieren. Warum fordern sie nicht ein Verbot von Mikroplastik? In meinem blog-Artikel "Kosmetika ohne Mikroplastik - das erste Gesetz und Hersteller_innen reagieren" kannst du lesen, dass es Alternativen zu Mikroplastik gibt und dass Illinois ein Gesetz zum Verbot von Mikroplastik verabschiedet hat.

 

Erfolge: Hersteller_innen reagieren

Einige Hersteller_innen haben ja auch bereits reagiert und somit gezeigt, dass Alternativen möglich sind. Laut dem BUND gibt es seit meinem letzten blog-Artikel vom Juli 2014 (s.o.) einen weiteren "Erfolg im Kampf gegen Mikroplastik". So ist nach BUND-Recherchen bereits keine Zahnpasta mehr im Handel, die Mikroplastik enthält und folgende Unternehmen haben den Ausstieg aus Mikroplastik angekündigt oder bereits durchgeführt: Beiersdorf, Body Shop, Colgate Palmolive, dm, Dr. Liebe, Johnson & Johnson, L,Oreal, Lush, P & G, Rossmann und Unilever.

 

Was kannst du tun? Einkaufratgeber und APP können helfen.

Da es für Laien nicht leicht zu erkennen ist, welche Kosmetikprodukte Mikroplastik enthalten, hat der BUND einen Einkaufsratgeber zusammengestellt, der mittlerweile bereits 39 Seiten umfasst und immer weiter aktualisiert wird. Dazu bittet der BUND um unsere Mithilfe. Seit meinem ersten blog-Artikel sind weitere Mikroplastikartikel und somit neue Abkürzungen, die wir erkennen müssen, dazugekommen. Wie ich bereits in diesem Artikel "Wie kommt Plastik durch uns in Milch, Honig,  Leitungswasser, Tiermägen...-Was kannst du tun?" geschrieben habe, ist ein Anhaltspunkt für Mikroplastik, wenn dir die Silbe "poly" in einem der Inhaltsstoffe begegnet. Aber, erstens gibt es auch natürliche Polymere und zweitens sind oft nur Abkürzungen angegeben. Bisher solltest du laut Einkaufsratgeber folgende Inhaltsstoffe meiden und dem BUND melden: AC (Acrylates Copolymer), ACS (Acrylates Crosspolymer), EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymere), P-7 (Polyquaternium-7), PA (Polyamid), PE (Polyethylen),  PES (Polyester), PET (Polyethylenterephthalat), PI (Polyimid), PP (Polypropylen) und PUR (Polyurethan).

 

Laut dem taz-Artikel "Schädliches Peeling" gibt Martin Ruppmann, Geschäftsführer des Kosmetikverbandes an, dass nur wenige Produkte, wie etwa Peelings, Mikroplastik in Form fester Kunststoffpartikel enthalten. Was sollen wir von seiner Aussage halten, wenn wir im 39-seitigen BUND-Einkaufsratgeber Mikropartikel von vielen Hersteller_innen in folgenden Kosmetikprodukten finden: Augenbrauenstift, Concealer, Duschgel, Eyeliner, Fußpflege, Gesichtspflege, Gesichtsreiniger, Handpflege, Körperpflege, Kontaktlinsenreiniger, Lidschatten, Lipgloss, Lipliner, Lippenstift, Make-up, Peeling, Puder, Rouge, Shampoo und Sonnencreme. Meine eigenen Erfahrungen, meine oft schwierige Suche nach Mikroplastik-freien Kosmetikprodukten habe ich in meinen blog-Artikeln beschrieben. In "Plastik in Milch und Honig - Was  können wir tun? Teil II" kannst du auch nachlesen, dass du dir eine hilfreiche APP herunterladen kannst.

 

Laut BUND wurde der Einkaufsratgeber bereits 400.000 mal heruntergeladen, haben viele Menschen weitere Kosmetikprodukte mit Mikroplastik gemeldet und gibt es großes Interesse an der Kampagne gegen Mikroplastik. Ich würde mich freuen, wenn du hilfst zu weiteren Erfolgen beizutragen

 

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Mo

29

Dez

2014

Wunderkerzen-Feuerwerk im Schnee, virtuelles Feuerwerk-Labor (2014)

Feuer, Wunderkerzen und Feuerwerk faszinieren mich immer wieder, gerade in der dunklen und kalten Jahreszeit. Nach einem Winterspaziergang, zum Klönen am heimischen Kamin zu sitzen, zu Weihnachten, Sylvester, besonderen Ereignissen Wunderkerzen anzuzünden hat in unserer Familie Tradition. Feuerwerke haben bereits eine tausendjährige Geschichte. Als Hundebesitzerin gefallen mir heute eher die leisen "Feuerwerke" wie das, was ich euch u.a. gerne vorstellen möchte, mit Wunderkerzen. Sehr viel Spaß bereitet hat mir auch in einem virtuellen Labor Feuerwerkskörper verschiedener Farben und Formen selbst herzustellen und bei Erfolg ansehen zu können. Die sich hinter den Wunderkerzen und Feuerwerken verbergende Chemie fasziniert mich und ich erfahre gerne immer mehr darüber. Kann ich dein Interesse wecken?

Die Wunderkerzen: Woraus bestehen sie, wie werden sie hergestellt und welche Reaktionen finden statt?

 

1. Zusammensetzung:

Wunderkerzen bestehen aus den Metallen Aluminium und Eisen in Pulverform und bewirken die sprühenden Funken, die beim Verbrennen entstehen und die wir so faszinierend finden. Da Verbrennungen Sauerstoff benötigen, enthalten sie außerdem Bariumnitrat als zusätzlichen Sauerstofflieferant. (Sauerstoff befindet sich zu 21% auch in der Luft). Stärke, z.B. Kartoffelstärke, dient als Bindemittel und als Inhibitor, zur Verzögerung der Reaktion.

 

2. Herstellung:

Das solltest du nur "... mit ausreichendem chemischen Wissen und geeigneten Schutzvorrichtungen..." vornehmen. Am besten fragst du also deine Chemielehrer_innen, ob ihr Wunderkerzen mal im Unterricht herstellen könnt. Alleine, ohne fachliche Aufsicht, rate ich davon ab. Bariumnitrat ist, wie du bei wikipedia z.B. nachlesen kannst, ein gesundheitsschädlicher und schwach wassergefährdender Stoff, der in der Pyrotechnik auch zur Herstellung von Feuerwerkskörpern als Oxidationsmittel verwendet wird. Es befindet sich auch in den Zündhütchen von Patronen und Kartuschen und in Leuchtschirmen für Fernsehempfänger. Auf der Packung mit Wunderkerzen kannst du auch lesen, dass der Rauch beim Einatmen gesundheitsschädlich ist. Genaueres zu den Gefahren kannst du im Sicherheitsdatenblatt nachlesen. Im Haller Tagblatt vom Februar 2014 kannst du aus dem Artikel "Jugend forscht: Neues Wunderkerzen-Rezept" erfahren, dass zwei Schüler aus dem 7. Jahrgang lange experimentiert haben, um eine gut funktionierende Mischung zu erhalten, da jedes Milligramm zu viel oder zu wenig sich ausgewirkt hat.

 

3. Was passiert beim Abbrennen der Wunderkerzen?

Es finden Redoxreaktionen statt: Das Bariumnitrat gibt als Oxidationsmittel Sauerstoff an die beiden Metalle Aluminium und Eisen ab. Aluminium und Eisen werden also oxidiert, nehmen Sauerstoff auf bzw. geben Elektronen ab und Bariumnitrat wird reduziert, gibt Sauerstoff ab bzw. nimmt Elektronen auf.

3 Ba(NO3)2 + 2 Al + 2 Fe ---> 3 Ba(NO2)2 + Al2O3 + Fe2O3 + Energie

Aus Bariumnitrat, Aluminium und Eisen entstehen Bariumnitrit, Aluminiumoxid, Eisen(III)oxid und Energie.

Diese Redoxreaktion ist also exotherm, d.h. es wird Energie frei in Form von Licht aber auch Wärme und zwar entstehen Temperaturen bis ca. 700°C. Da als Nebenprodukte der Reaktion auch das farb-, geruch- und geschmacklose aber giftige Kohlenmonoxid und Stickoxide auftreten können, ist es besser die Wunderkerzen draußen brennen zu lassen oder anschließend den Raum gut zu lüften. Bei den größeren Wunderkerzen kannst du deshalb auch lesen: Nur im Freien verwenden! Du weißt jetzt auch warum.

 

4. Brennen Wunderkerzen auch unter Wasser, auch im Weltraum?

In meinem blog-Artikel vom Januar 2014 "Feuer unter Wasser - ein Wunderkerzen-Versuch zum neuen Jahr" kannst du sehen und lesen, dass und warum Wunderkerzen auch unter Wasser eine Zeit lang brennen. Ein toller Versuch. Da die Wunderkerzen den Sauerstoff zur Verbrennung aus dem Oxidationsmittel/Sauerstofflieferanten Bariumnitrat entnehmen, können sie auch im Weltraum brennen, obwohl dort kein Luftsauerstoff vorhanden ist.

Ein virtuelles Feuerwerk-Labor

Die Webseite Schulfernsehen multimedial mit einem Lernspiel über Feuerwerke hat mir richtig Spaß gemacht. Was bietet das Labor alles?

  • Du lernst zuerst notwendige Gefahrenhinweise, Gefahrenklassen und Gefahrensymbole kennen, deren Beachtung dir in der realen Welt eine gute Hilfe sein kann. Wunderkerzen und Knallerbsen, die z.B. zur Gefahrenklasse P1 gehören, kannst du das ganze Jahr kaufen, wenn du mindestens 12 Jahre alt bist. Einige Gefahrenzeichen wie brandfördernd O, explosionsgefährlich E, giftig T oder leicht entzündlich F kennst du vielleicht schon und findest du auch im Haushalt, z.B. auf einigen Haushaltsreinigern und Haarsprays.
  • Du erfährst, dass die Farben durch bestimmte Metall-Salze ins Feuerwerk kommen; z.B.: Rot durch Strontiumsalze, blau durch Kupfersalze, grün durch Bariumsalze, gelb durch Natriumsalze.
  • Wie werden Spezialeffekte erzeugt? Z.B. goldene Funken, ein Schweif durch Eisenspäne, ( Auf dem Foto oben siehst du Eisenwolle brennen, die wir zum Reinigen benutzen und in Baumärkten kaufen.) Glittereffekt durch Ferroaluminium, blausilberne Effekte durch Titan-Pulver, brillante Farben durch den Kunststoff PVC (Polyvinylchlorid), der die im Alltag als Folien, Isolationsmaterial, Fußbodenbelag oder bei Kredit- und Telefonkarten begegnen kann.
  • Geschichte des Feuerwerks: Wusstest du, dass die Chines_innen wahrscheinlich bereits vor ca. 1000 Jahren die Grundstoffe für Schwarzpulver kannten und erste Rakten und Feuerpfeile herstellen konnten? Ende des 13. Jahrhunderts, erfährst du hier, hat ein britischer Mönch das erste Schwarzpulver-Rezept (Kaliumnitrat, Schwefel, Holzkohle) veröffentlicht und 1770 hat Ludwig XV. im Park von Versailles schon 20 000 Raketen und 6000 Feuertöpfe eingesetzt.
  • Redoxreaktion (s.o.) als chemische Grundlage des Feuerwerks kannst du auf verschiedensten Seiten in unterschiedlicher Ausführlichkeit nachlesen. Relativ einfach in diesem virtuellen Labor, genauer von dem Vortrag "Chemie der Feuerwerkskörper" der UNI Bayreuth sowie auf dem Chemieportal tomchemie: "Pyrotechnische Mischungen funktionieren eigentlich fast immer nach dem Prinzip einer REDOX-Reaktion." Es findet also immer eine Übertragung von Sauerstoff bzw. Elektronen von einem Reaktionspartner zum anderen statt, bei der schlagartig Energie frei wird. Als Oxidationsmittel (gibt Sauerstoff ab, nimmt Elektronen auf) dient z.B. das Schwarzpulver, als Reduktionsmittel (nimmt Sauerstoff auf, gibt Elektronen ab) Metalle. Außerdem werden Katalysatoren und Inhibitoren zur Steuerung der Reaktion zugesetzt und, wie du oben lesen kannst, Zusatzstoffe, um die Flammen zu färben.
  • Dann endlich im Experimentierraum! Wenn du dich über alles informiert hast, kannst du den virtuellen Experimentierraum betreten und bekommst den Auftrag zur Herstellung verschiedener Feuerwerkskörper. Wenn du dem Auftrag gemäß die richtige Zusammensetzung der Salze für die Farbe, der Form für die Art des Feuerwerks und des Pulvers für den Spezialeffekt wählst, erscheint das von dir hergestellte Feuerwerk in Aktion. Toll!

Fazit

Das Geheimnis der Pyrotechnik, also der Wunderkerzen und des Feuerwerks, sind Redoxreaktionen. Wunderkerzen, die aus Aluminium, Eisen, Bariumnitrat und Stärke bestehen, verbrennen zu Aluminiumoxid, Eisenoxid und Bariumnitrit unter Abgabe von Energie in Form von Licht und Wärme. Da auch giftige Stoffe entstehen, sind Räume anschließend besser zu lüften und größere Wunderkerzen nur draußen zu verwenden. Von einer eigenen Herstellung rate ich ohne ausreichende chemische Kenntnisse und Sicherheitsvorrichtungen ab. Wunderkerzen brennen auch unter Wasser und im Weltraum.

Im virtuellen Labor lernst du rund um das Feuerwerk - Gefahren, Geschichte, Farbgebung, Kugelbombe, Rakete, Redoxreaktion, Spezialeffekte - vieles kennen und kannst anschließend im Labor virtuell Feuerwerkskörper nach Auftrag - Farbe, Form, Spezialeffekt - zusammenbauen. Bei richtiger Auswahl siehst du es dann in Aktion. Toll!

Allen Leser_innen ein gutes Jahr 2015.

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So

14

Dez

2014

Advent - Kerzenlicht und Kerzenexperimente (2014)

Nun brennen schon drei Kerzen an unserem Adventskranz und neben dem warmen, gemütlichen  Licht, dass uns die Kerzen in dieser dunklen Jahreszeit spenden, inspirieren Kerzen mich immer wieder dazu mit ihnen zu experimentieren. Schon als meine Kinder noch klein waren, hatten sie ebenfalls viel Freude am Experimentieren mit Kerzen und zeigten dabei eine unglaubliche Kreativität. Natürlich war ich zur Sicherheit immer dabei. Einer der Versuche, die ich euch vorstellen möchte, erscheint mir ideal für den dritten Advent, der "Kerzendimmer". Toll finde ich auch das "Minifeuerwerk in der Adventszeit". Es gibt so viele schöne und interessante Kerzenexperimente, die ich euch nach und nach vorstellen möchte. Vielleicht habt ihr ja auch Freude daran, gerade auch im Advent.

Experiment: "Kerzen-Aquarium" oder "Kerzendimmer" - Drei verschieden lange brennende Kerzen in einem geschlossenen Gefäß

  1. Hypothese (begründete Vermutung): In meiner Familie wurde angenommen, dass die kürzeste Kerze zuerst erlischt, da beim Verbrennen der Kerze unter anderem Kohlendioxid entsteht, also ein Gas, das schwerer ist als Luft und Flammen erstickt.
  2. Du benötigst: Ein Glasgefäß mit Deckel (z.B. eine tiefe Glasschüssel und einen Teller zum Abdecken), drei unterschiedlich weit abgebrannte Kerzen, ein Streichholz oder ein Feuerzeug.
  3. Was musst du tun? Du tropfst jeweils etwas flüssiges Kerzenwachs in die Schüssel und stellst in einem Abstand von ca. 5cm die drei verschieden hohen Kerzen in die Schüssel. Dann zündest du alle drei Kerzen an, verschließt das Glasgefäß und beobachtest.
  4. Was kannst du sehen? Zuerst färbt sich der Teller (die Abdeckung) oberhalb der großen Kerze schwarz. Nach wenigen Sekunden erlischt zuerst die größte Kerze und die Glasschüssel beschlägt. Nach weiteren Sekunden erlischt die mittlere und zum Schluss die kürzeste Kerze.
  5. Wie kannst du das erklären? Der schwarze Fleck zeigt an, dass dort Ruß entstanden ist, aufgrund der unvollständigen Verbrennung von Kohlenstoff, da hier nicht genug Sauerstoff zur vollständigen Verbrennung zu Kohlendioxid zur Verfügung steht. Auf den web-Seiten physikanten & co und der Universität Rostock zu "Chemie fürs Leben" findest du die Erklärung ganz gut beschrieben. Beim Verbrennen der Kerze, einem Kohlenwasserstoff, entsteht neben Ruß, Wasserdampf, Kohlendioxid und Energie. Kohlendioxid ist zwar schwerer als Luft, aber beim Verbrennen entsteht auch Wärme, wodurch sich das Kohlendioxid ausdehnt und aufgrund der verringerten Dichte nach oben steigt. Dadurch löscht das Kohlendioxid zuerst die oberste und zuletzt die kleinste, niedrigste Flamme. Lies auch dazu meine blog-Artikel "Weihnachtszeit ist Kerzen-Zeit - Kerzen-Experimentier-Zeit" und "Kerzen löschen wie von Geisterhand"

Experiment: Brenndauer und Luftvolumen

Wenn du verstanden hast, was beim Brennen der Kerze passiert, kannst du sicher jetzt voraussagen, ob eine Kerze um so länger oder um so kürzer brennt je größer das Glas ist, das du über sie stülpst. Überlege erst und überprüfe dann!

  1. Du brauchst: 3 Kerzen oder Teelichter, 3 verschieden große Glasgefäße, ein Streichholz oder Feuerzeug
  2. Was musst du tun? Du zündest die drei Teelichter an und stülpst die drei verschieden großen Gläser gleichzeitig über die Teelichter
  3. Du kannst beobachten: Die Kerze, die unter dem kleinsten Glas steht, geht zuerst aus, dann die in dem mittelgroßen Glas und zuletzt die in dem größten Glas. Das geschieht innerhalb von Sekunden. Die Gläser beschlagen auch wieder von innen.
  4. Wie kannst du das erklären? Da bei der Verbrennung Sauerstoff benötigt und verbraucht wird, der zu ca. 21% in der Luft enthalten ist, geht die Kerze um so schneller aus je kleiner das Volumen des Glases ist, je weniger Sauerstoff also zur Verbrennung zur Verfügung steht.

Experiment: Verbrennung einer Kerze in Luft und vergleichend in Atemluft

  1. Hypothese: Was meinst du? Brennt die Kerze länger in Luft oder in Atemluft? Kannst du das begründen?
  2. Zur Überprüfung brauchst du: Zwei gleich große Gläser, zwei Teelichter oder Kerzen, einen Luftballon, ein Streichholz oder Feuerzeug.
  3. Was musst du tun? Du zündest die Teelichter oder Kerzen an. Du bläst einen Luftballon auf und füllst die ausgeatmete Luft in eines der Gläser. Dann stülpst du gleichzeitig beide Gläser über je ein Teelicht bzw. eine Kerze und beobachtest.
  4. Was kannst du sehen? Das Teelicht, das unter dem Glas mit der ausgeatmeten Luft aus dem Ballon steht, geht etwas schneller aus als das andere.
  5. Wie kannst du das erklären? Auf der web-Seite der Universität Rostock von Dr. Gabriele Lange auf S. 19 von "Feuer und Flamme, Experimente und Informationen rund um die Kerze" findest du die Erklärung, dass die Ausatemluft nur noch 16% Sauerstoff und 4% Kohlendioxid enthält. Aus den anderen Experimenten weißt du ja schon, dass die Luft aber 21% Sauerstoff und ca. 0,04% Kohlendioxid enthält. Der Sauerstoff ist aber notwendig zur Verbrennung und Kohlendioxid erlischt Flammen.

Experiment: Minifeuerwerk zur Adventszeit

Dieses Experiment findest du z.B. auf der web-Seite kids science, Experimente für Kinder. Da wir in der Adventszeit gerne Orangen und Mandarinen essen, können wir mit den dabei anfallenden Schalen auch ein schönes Experiment machen.

Du brauchst: 1 Orange, Mandarine oder Zitrone, eine Kerze, ein Streichholz oder Feuerzeug.

Was musst du tun? "Man nimmt ein Stück Schale, hält es mit der  Außenseite in die Nähe der Kerzenflamme und knickt es schnell zusammen."

Was kannst du beobachten? Du siehst wie aus der Schale kleine Tröpfchen spritzen, riechst den typischen Geruch der Zitrusfrüchte intensiv und "... wenn diese Tröpfchen in die Flamme gelangen, gibt es ein leise knisterndes Minifeuerwerk."

Wie kannst du das erklären? Diese Früchte von Zitruspflanzen enthalten ätherische Öle, die brennbar sind und den Duft hervorbringen, den ich so sehr mag. Besonders als fein verteilte Tröpfchen brennen und verbrennen sie so gut, da durch die feine Verteilung die Oberfläche groß ist und somit die Reaktion mit Luftsauerstoff erleichtert wird.

Gerne hätte ich auch ein Foto von den sprühenden Funken zugefügt, den richtigen Zeitpunkt zum Fotografieren abzupassen bei dem Versuch war schwer. Du findest aber schöne Fotos dazu auf der web-Seite von kids science und von der Universität Rostock Feuer und Flamme, Experimente und Informationen rund um die Kerze (S. 25)

Fazit und Ausblick

Du findest vier verschiedene Experimente mit Kerzen. Du erfährst, warum in diesem geschlossenen Gefäß die längste Kerze zuerst erlischt, warum in Ausatemluft eine Kerze eher erlischt als in Atemluft, dass und warum die Brenndauer einer Kerze abhängig ist vom Luftvolumen und dass du mit einer geknickten Orangenschale und einer Kerze ein Minifeuerwerk herstellen kannst, weil fein verteilte ätherische Öle, die in die Flamme geraten, funkensprühend verbrennen.

Den Kerzendimmer-Versuch möchte ich noch einmal in einem größeren Gefäß durchführen, um zu sehen, inwieweit das Ergebnis unabhängig von der Gefäßgröße ist. In weiteren blog-Artikeln möchte ich dir nach und nach auch noch weitere Kerzenversuche vorstellen, die du auch zu Hause leicht durchführen kannst.

Fr

11

Jul

2014

Kosmetika ohne Mikroplastik - das erste Gesetz und Hersteller_innen reagieren (2014)

Anfang Juli las ich in zwei taz-Artikeln, dass die Hersteller_innen von Zahnpasta und Make-up auf die Kritik von Umweltschützer_innen und vor allem Verbraucher_innen reagieren und an Alternativen zur Verwendung von Mikroplastik arbeiten. Dr. Michael Meyberg, für den Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel: „Ich gehe davon aus, dass sich der Einsatz in drei Jahren drastisch reduziert hat." In den USA gibt es laut der taz "Es geht auch ohne Mikroplastik" bereits das erste Gesetz, im Bundesstaat Illinois, das ab 2019 Mikroplastik verbietet. Also, wir Verbraucher_innen können etwas tun, auch sofort.

Meine eigenen Versuche, nur noch Kosmetikprodukte ohne Mikroplastik zu kaufen, sind schon ziemlich mühsam, nicht nur, weil das Kleingedruckte so schwer zu lesen ist. Es ist leider teilweise sehr schwer Alternativen zu finden und es erstaunt mich immer wieder in wie vielen und welchen Produkten Mikroplastik steckt. Im Juni versuchte ich z.B. Flüssigseife und einen Sonnenschutz ohne Mikroplastik zu finden und stieß auf große Probleme. Jetzt suche ich nach einer reichhaltigen Tagescreme mit UV-Schutz und einem anderen Waschmittel.

Die Produktpalette, vor allem in meinem Bad, hat sich seit der ersten Berührung mit diesem Thema stark verändert. "Die schwarze Liste des Umweltverbands BUND verbreitet sich rasch" schreibt die taz in dem Artikel "Kosmetik löst das Problem nicht" und sie ist noch lange nicht vollständig. Mittlerweile sollen laut taz mehr als 200 000 Menschen sie heruntergeladen haben, enthält sie schon 12 Seiten mit folgenden Produkten: Zahnpasten, Kontaktlinsenreiniger, Peelings/Gesichtsreiniger,Gesichtspflege, Dusch-/Waschgel, Puder/Make-up/Concealer/Rouge, Shampoo, Lidschatten/Mascara/Eyeliner/Augenbrauenstift, Lippenstift/Lipgloss/Lipliner, Fußpflege und Handpflege. Ihr könnt mitmachen, in dem ihr Produkte ohne Mikroplastik kauft und diejenigen mit Mikroplastik, die ihr findet, die noch nicht auf der schwarzen BUND-Liste stehen, an den BUND meldet. Jede_r Verbraucher_in kann etwas ändern; s."Umweltbewusst einkaufen – Konsumenten in der Verantwortung" so lautete z.B. ein Programmpunkt der Tagung in Köln "Mikroplastik  in der Umwelt", auf der die BUND-Meeresschutzreferentin Nadja Ziebarth laut taz, s.o., - einen ersten Erfolg gemeldet hat: "Colgate-Palmolive hat uns mitgeteilt, dass er keine Plastikpartikel mehr in seiner Zahnpasta verwendet."

Lies zu diesem Thema auch meine beiden Artikel:

Wie kommt Plastik durch uns in Milch, Honig, Leitungswasser, Tiermägen... - Was kannst du tun? und Plastik in Milch und Honig durch viele Kosmetikprodukte - Was können wir tun? Teil II

 

Alternativen zur Mikroplastik in Kosmetika

In dem taz-Artikel "Es geht auch ohne Mikroplastik" erfuhr ich, dass das Frauenhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Sulzbach-Rosenberg an "Biowachspartikel als Alternative zu Mikroplastik" forscht: "Bienenwachs, Karnaubawachs oder Candelillawachs sind nachwachsende Rohstoffe und – im Gegensatz zu Kunststoffen und Biokunststoffen – in Wasser relativ schnell biologisch abbaubar. Wir nehmen solche Wachse übrigens als Bestandteil vieler Lebensmittel, beispielsweise in Form von Überzügen von Süßigkeiten, nahezu täglich auf."

 

Handlungsbedarf

In dem taz-Artikel "Kosmetik löst das Problem nicht" las ich, dass 500 Tonnen Mikroplastikpartikel in der kosmetischen Industrie, allein in Deutschland, jedes Jahr eingesetzt werden - laut Roland Essel vom Forschungsinstitut Nova. Weitere Informationen aus diesem Artikel: Weltweit würden jährlich 288 Millionen Tonnen Plastik hergestellt, unter anderem für Verpackungen, Autoteile, Textilien und Baumaterial. 13000 Plastikmüllartikel würden pro Quadratkilometer auf der Wasseroberfläche schwimmen, weitere 15 Prozent würden an die Küsten gespült und 70 Prozent würden auf den Meeresboden sinken. Stefanie Werner vom Umweltbundesamt: "Meerestiere verenden. Wir essen mit Schadstoffen belastete Fische. Der Handlungsbedarf ist also unübersehbar." Eine Plastikflasche benötigt laut taz 450 Jahre und ein Fischernetz aus Nylon 600 Jahre, um sich zu zersetzen. Dipl.-Phys. Michael Carus, Geschäftsführer des Nova-Instituts, laut taz: "Technisch sind wir in der Lage, 90 Prozent der petrochemischen Polymere zu ersetzen." (Petrochemie: Herstellung chemischer Produkte aus Erdöl und Erdgas; Polymere: Sehr große Moleküle, die aus vielen gleichen Untereinheiten bestehen. Synthetische Polymere kennen wir meist als Kunststoffe)  Doch nicht jeder Biokunststoff sei wirklich geeignet.

Bis es auch in Deutschland ein Gesetz gegen Mikroplastik in Kosmetika gibt und dieses greift, kann jede_r von uns durch verantwortungsbewusstes Konsumieren handeln und dadurch auch offensichtlich Druck auf die Kosmetikindustrie erzeugen. Mach mit!

 

 

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Mo

16

Jun

2014

Sommerzeit, Eis-Zeit, Zeit für Eis-Experimente und Eis-Rezepte (2014)

Juchhu, es ist Sommer! Viel Licht und Sonne, draußen frühstücken, Eis schlecken, Wasserspass, laue Sommerabende geniessen. Da sind doch Eis-Experimente und Eis-Rezepte genau das Richtige. Wenn Du Lust dazu hast, lohnt es sich weiter zu lesen. Du bekommst Anregungen zum Experimentieren mit Eis - Eisberge im Glas, Eis-Ausdehnung, Deformation und Sprengkraft durch Eis, mit einer selbst hergestellten "Eismaschine" ein einfaches Joghurt-Eis herstellen - und erfährst von meinen beiden Lieblingsrezepten, nach denen ich Eis selbst zubereite.

Zusätzlich kannst du etwas über die besonderen Eigenschaften des Wassers, die sogenannte Anomalie des Wassers, und deren Bedeutung für das Leben und den Alltag erfahren. Wasser, Grundlage des Lebens, ist Lebensraum vieler Organismen und ohne Wasser und seine besonderen Eigenschaften ist Leben so nicht möglich. Wasser bedeckt drei Viertel der Erdoberfläche und kommt in drei Zustandsformen, Aggregatzuständen, vor: Als Eis (fest), Wasser (flüssig) und Wasserdampf (gasförmig). In allen drei Formen begegnet es uns im Alltag, ist es bedeutsam für das Leben auf der Erde und bietet es so viele interessante Freizeitmöglichkeiten. Laut "Gletscher-Info: Während sich in Grundwasser, Seen, Flüssen, im Boden und in der Luft nur 30 Prozent der Süßwasserreserven finden, sind etwa 70 Prozent des Süßwassers, das heißt 24 Millionen m³, als Eis und Schnee im Inlandeis der Pole und in den Gletschern gebunden."

Experimente

 

1. "Eisberge im Glas"

  • Was brauchst du? Ein Glas, wenige Eiswürfel und Wasser.
  • Was musst du tun? Gib ca. 5 Eiswürfel in das Glas, fülle es dann mit Wasser bis zum Rand auf und beobachte!
  • Was erwartest du? Glaubst du, dass das Glas überläuft, wenn das Eis schmilzt?
  • Was kannst du beobachten? Die Eisstückchen schwimmen auf dem Wasser und ragen zu einem kleinen Teil aus dem Wasser heraus. Mit der Zeit werden die Eisstückchen immer kleiner bis sie nach ca. 1 Stunde, je nach der Umgebungstemperatur, ganz geschmolzen sind. Das Glas läuft nicht über.
  • Wie kannst du das erklären? Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus (siehe dazu auch das nächste Experiment). Es verändert dabei nicht sein Gewicht sondern nur sein Volumen. Da sich das gleiche Gewicht jetzt auf ein größeres Volumen verteilt, hat Eis eine geringere Dichte als Wasser und somit schwimmt Eis auf dem Wasser. So ergeben 10 Liter Wasser z.B. 11 Liter Eis. Da die 11 Liter Eis genau so schwer sind wie 10 Liter Wasser, verdrängen sie deshalb auch 10 Liter, wenn sie schwimmen und nehmen nach dem Schmelzen den Platz ein, den sie vorher verdrängt haben. (s. Kinderbrockhaus Experimente, S. 11). Naturwissenschaftler_innen sprechen auch von der "Anomalie des Wassers", weil dieses Verhalten im Gegensatz zu fast allen anderen Stoffen steht, die beim Abkühlen oder Gefrieren ihr Volumen verringern. Siehe dazu auch die Experimente 2. "Eis-Ausdehnung" und 3. "Deformation durch Eis". Wenn du dich genauer dafür interessierst, bietet das youtube-Video anschauliche "Erklärungen zur Anomalie des Wassers" auf der anspruchsvolleren molekularen Ebene. Hier werden die Bedeutung des Dipols und der Wasserstoffbrücken für dieses Phänomen modellhaft gezeigt und die Ursache für die Anomalie meines Erachtens sehr schön und verständlich dargestellt, s. unten.
  • Bedeutung für den Alltag: Aufgrund dieser Anomalie des Wassers schwimmen Eisberge auf dem Wasser, gefrieren Gewässer von oben zu und ermöglichen ein Leben unter dem Eis im Wasser, kann gefrorenes Wasser Boden und Gestein sprengen. Genauer kannst du Einiges zur Anomalie  des Wassers und dessen Bedeutung für den Alltag z.B. bei "klasseWasser", im "Schülerlexikon" und bei "chemie-master" nachlesen.
  • Zu den Gefahren der Eisberge für die Schifffahrt aufgrund der Tatsache, dass der größte Teil sich unter Wasser befindet, oft in horizontaler Form ausgebreitet, mit anschaulichen Fotos, kannst du auf der wikipediaSeite "Eisberg" nachlesen. Im Kinderbrockhaus, S.11, steht dazu, dass die Eisberge höchstens zu einem Fünftel aus dem Wasser ragen und somit ihre Größe, genaue Lage und Form deshalb oft schwer einzuschätzen ist. "So sank am 15. April 1912 das damals größte Schiff der Welt, die "Titanic", auf seiner Jungfernfahrt von Southampton nach New York in den USA. Es war auf einen Eisberg gelaufen, der nicht rechtzeitig gesehen wurde. 1503 Menschen kamen ums Leben, nur 703 konnten gerettet werden."

 

2. "Eis-Ausdehnung"

  • Was brauchst du? Ein Glas mit Deckel, ein Gefrierfach
  • Was musst du tun? Fülle das Glas bis zum Rand mit Wasser und stelle es in das Gefrierfach. Lege den Deckel nun auf das Glas ohne das Glas zuzuschrauben.
  • Was kannst du beobachten? Wenn du am nächsten Tag nachschaust, kannst du sehen, dass das Wasser gefroren ist, das Eis sich bis über den Rand des Glases ausgedehnt und den Deckel angehoben hat.
  • Wie kannst du das erklären? Eis hat ein größeres Voumen als die gleiche Menge Wasser. Die Erklärung liegt also in den besonderen Eigenschaften des Wassers, in seiner Dichteanomalie, die in dem obigen Video anschaulich dargestellt wird.
  • Rätsel mit Anwendung im Alltag: Was meinst du passiert, wenn du eine Glasflasche, die mit Wasser, Limonade, Bier oder einem anderen Getränk gefüllt ist, zum Abkühlen in die Tiefkühltruhe legst oder sie im Winter, bei Frost, draußen stehen lässt? Warum muss man im Winter bei Wasserleitungen, die dem Frost ausgesetzt sind, das Wasser ablassen?
  • Des Rätsels Lösung liegt wieder in der Anomalie des Wassers: Da Eis, wie du oben lesen konntest, mehr Volumen einnimmt als Wasser, kann es die Glasflasche, in der Wasser oder wasserhaltige Getränke sind, sprengen. Uns ist das leider mit einer vergessenen Flasche, die wir im Sommer schnell mal abkühlen wollten, passiert. Aus dem gleichen Grund können Wasserleitungen durch Frost platzen.

 

3. "Deformation durch Eis"

  • Was brauchst du? Eine verschließbare Plastikflasche (PET-Flasche) und kleine Eisstücke
  • Was musst du tun? Du zerkleinerst das Eis so, dass es durch die Öffnung der Flasche passt. Ich habe die Eiswürfel dazu auf ein Brett gelegt und mit einem Hammer klein geschlagen. Verschliesse die mit Eisstückchen gefüllte Flasche, schüttel sie kräftig, lege sie dann hin und beobachte. Besonders deutlich wird der zu beobachtende Effekt, wenn du die leere, genauer nur mit Luft gefüllte, Plastikflasche erst in die warme Sonne legst und dann möglichst schnell die Eisstückchen einfüllst und die Flasche verschliesst.
  • Was kannst du beobachten? Schon nach wenigen Sekunden hörst du ein Knistern der Plastikflasche und die ersten Dellen/Verformungen sind deutlich zu erkennen.
  • Wie kannst du das erklären? Die meisten Stoffe dehnen sich beim Erwärmen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Die abgekühlte Luft nimmt also weniger Volumen ein als warme oder sogar heiße Luft. Dadurch entsteht in der verschlossenen Flasche ein Unterdruck und die Dellen entstehen. Dieses Phänomen kannst du auch beobachten, wenn du die Tiefkühltruhe öffnest, wieder schliesst und nach wenigen Sekunden erneut öffnen willst. Die Tiefkühltruhe lässt sich dann merklich schwerer öffnen, da die beim Öffnen eingeströmte warme Luft sich durch die Abkühlung in der Truhe zusammenzieht und dadurch einen Unterdruck erzeugt, s.o.!
    Weitere Vertiefungen, Veranschaulichungen, Erklärungen, Experimente und Übungen zu den Aggregatzuständen und ihren Übergängen findest du z.B. hier: "Aggregatzustände im Teilchenmodell"
  • Rate mal! Kannst du dir jetzt vorstellen, was passiert, wenn du über die durch die Eisstücke verbeulte, verschlossene Flasche heißes Wasser laufen lässt und was, wenn du die Flasche anschließend in die Tiefkühltruhe legst?
  • Des Rätsels Lösung: Wenn du heißes Wasser über die verschlossene Plastikflasche gießt, hörst du sofort wieder ein Knacken und die Dellen verschwinden zum Teil wieder, da die Luft sich in der Flasche beim Erwärmen wieder ausdehnt. Legst du die Plastikflasche dann in die Tiefkühltruhe entstehen wieder unter Knistern die Dellen, da die abgekühlte Luft sich wieder zusammenzieht. Das kannst du beliebig oft wiederholen.

Experiment: Eis herstellen mit einer selbst gemachten Eismaschine

  • Was brauchst du? Eiswürfel, ca. 20 Stück, 4 Eßlöffel Salz, Joghurt, Früchte, eventuell Honig oder Zucker oder Fruchtmarmelade deiner Wahl (Du kannst natürlich auch einfach einen Fruchtjoghurt nehmen; das finde ich aber nicht so kreativ), eine kleine Metallschüssel, eine größere Schüssel und einen Rührlöffel.
  • Was musst du tun? Stelle dir, wenn du magst, zuerst einen Fruchtjoghurt her. Ich habe dazu meine selbst gemachte Erdbeermarmelade mit Naturjoghurt verrührt. Dann empfiehlt die Kindermax-Seite: "Zerkleinere die Eiswürfel und gib sie in die grosse Schüssel. Vermische das Eis mit etwa 4 Esslöffel Salz. Drück die kleine Schüssel tief in die Eismischung, aber achte darauf, dass keine Eissplitter hineinfallen. Fülle vorsichtig etwas Fruchtjoghurt in die kleine Schüssel. Jetzt immer wieder gut rühren – und nach 15 bis 20 Minuten hast du leckeres Eis."
  • Wie kannst du das erklären? Zum bzw. beim Schmelzen des Eises und Lösen des Salzes wird der Umgebung Wärme entzogen. Deshalb sinkt die Temperatur der Salz-Eis-Mischung und zwar mehr als die einer Salz-Wasser-Mischung. Ausführlichere und genauere Erklärungen und Informationen findest du auf der Seite von Prof. Blume zur Kältemischung. Bei wikipedia kannst du neben genaueren Informationen zur Kältemischung erfahren, dass bei der Mischung aus 100g Eis mit 23g Kochsalz (Natriumchlorid: NaCl) Temperaturen bis -21Grad erreicht werden können.

 

Zusammenfassung und Ausblick

Dieser Artikel bietet vier Anleitungen zum Experimentieren mit Eis, auch gerade für und mit Kindern: 1. Eisberge im Glas, 2. Eis-Ausdehnung und Sprengkraft, 3. Deformation durch Eis und 4. Rezept zur Herstellung von Joghurt-Eis mit einer Kältemischung. Du kannst etwas über die Dichteanomalie des Wassers und ihre Bedeutung für das Leben und den Alltag erfahren; z.B. warum Fische in gefrorenen Gewässern überleben können, Eisberge für die Schifffahrt so gefährlich sind, Wasserleitungen bei Frost platzen können usw..

Im nächsten Artikel wird es weitere Eis-Experimente, meine beiden Lieblings-Eis-Rezepte, Anananas-Basilikum-Eis und Zabaione-Eis und das Rezept für eine köstiche Torte, Semifreddo, für den Sommer geben.

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Mo

14

Apr

2014

Ei-Experimente: "Das nackte Ei" und das Osterei (2014)

In unserer Familie ist es eine mit Spass gepflegte Tradition zu Ostern Eier zu färben. Die gefärbten Eier, die wir, auch schon so lange vorher, kaufen könnten, finden wir eher hässlich. Außerdem macht es uns so viel Freude gemeinsam Eier zu färben und wir lassen uns jedes Jahr etwas Neues einfallen. Mal haben wir die Eier mit Acrylfarben bemalt, mal mit Aquarellstiften, mal mit Wasserfarben. mal einfach mit den Farben gespielt, mal Blumen gemalt, mal Macke-Bilder als Vorbild genommen usw.. Dieses Mal habe ich die Idee das Färben mit Naturfarben auszuprobieren. Da das Färben mit Naturfarben besser gelingt, wenn die Eier vorher ein wenig in Essig eingelegt werden, beginne ich mit dem Experiment, das ich in dem Buch "Der Kinderbrockhaus, Experimente, Den Naturwissenschaften auf der Spur" auf Seite 90f. gefunden habe: "Das nackte Ei". Außerdem habe ich schon Färbesud aus Safran, Rote Beete und roten Zwiebeln hergestellt und gerade köchelt das Kurkuma. Kann ich dich motivieren?

Experiment: Das nackte Ei

Was brauchst du dazu?

Ein rohes Ei, am besten ein braunes, ein Trinkglas und Haushaltsessig oder Essigessenz

 

Was musst du tun?

Lege das Ei vorsichtig in das Glas, damit es nicht zerbricht. Wenn du das Glas etwas schräg hälst, ist es einfacher. Gieße dann so viel Essig in das Glas, bis das Ei gerade bedeckt ist. 

 

Was kannst du beobachten?

Ziemlich schnell siehst du, dass an der Eierschale Blasen entstehen, die nach oben steigen. Nach ca. einer halben Stunde ist die Gasentwicklung ziemlich stark. Nach ca. zwei Stunden kannst du die äußere braune Schale bereits abreiben und das Ei sieht jetzt eher wie ein weißes Ei aus. Nach ca. einem Tag kannst du die nur noch ganz dünne Schale unter Wasser ganz abwaschen. Dann hast du nur noch das nackte Ei, ohne Schale, übrig, das du eindrücken kannst und das fast durchscheinend wirkt.

 

Wie lässt sich das erklären?

Eierschalen bestehen wie z. B. auch die Schalen von Muscheln und Seeigeln, hauptsächlich aus Kalk, chemisch Calciumcarbonat, ein Salz der Kohlensäure. Säuren reagieren mit Carbonaten unter Gasentwicklung. Diese Reaktion nutzen wir z. B. auch bei der Herstellung von Brausepulver, beim Entkalken von Haushaltsgeräten und bei einem Hausmittel gegen Verstopfung von Waschbecken aus, wie du in meinem blog-Artikel "Säuren nützen im Haushalt - einige Beispiele und Rezepte" nachlesen kannst.

Im Haushaltsessig ist Essigsäure enthalten, zu ca. 5%. Die Essigsäure reagiert mit der Eierschale, also dem Calciumcarbonat, unter Entwicklung des Gases Kohlendioxid. Dieses Gas kennst du unter dem Namen Kohlensäure von vielen Getränken wie z.B. Mineralwasser, Limonaden, Cola-Getränken, Bier und Sekt. Aus dem Kalk oder Calciumcarbonat entsteht, z.B. durch die Essigsäure, Kohlendioxid, Wasser und Calciumacetat, das Calcium-Salz der Essigsäure. Das Salz löst sich im Wasser farblos und klar auf. Deshalb siehst du es nicht. 

Beim Färben der Eier mit Naturfarben nutzen wir diese Reaktion nur kurz aus, so dass die Eierschalen nicht aufgelöst sondern nur leicht aufgerauht werden. Dann haftet die Farbe besser.

 

Das Endergebnis - das nackte Ei

An diesem Bild von dem Endergebnis, dem "nackten" Ei, kannst du erkennen wie elastisch die Haut ist, die das Ei jetzt noch umgibt und es zusammenhält, wenn die Schale aufgelöst ist. Diese Haut lässt sich nun ganz leicht eindrücken. Aufgrund der Durchsichtigkeit der Eihaut kannst du den gelben Eidotter sehr schön sehen. Selbst die gitterähnliche Struktur dieser dünnen Eihaut lässt sich meines Erachtens ganz gut erkennen.

Die Versauerung der Meere schadet auch den Meeresbewohner_innen

Die Schalen der Krusten- und Schalentiere, also z.B. von Korallen, Muscheln, Schnecken und Seeigeln, werden ebenfalls von Säuren angegriffen. Auch dazu kannst du ein kleines Experiment machen.

 

Experiment:

Lege ein Stück vom Seeigel-Skelett oder eine kleine Muschel oder Schnecke, die du z.B. am Meer gefunden hast, in ein Glasgefäß und bedecke sie ebenfalls mit Haushaltsessig. Dann kannst du, wie beim Ei, sofort eine deutliche Gasentwicklung erkennen und nach wenigen Stunden haben sich die Schalen, zuerst die sehr dünne Schale des Seeigels, aufgelöst.

 

"Die Versauerung der Ozeane lässt die Meeresbewohner anfälliger für Feinde werden" so zu lesen in dem taz-Artikel von heute. Hier kannst du nachlesen, dass die Versauerung der Meere nicht nur für Krustentiere schädlich ist, da Säuren den Kalk aufweichen, aus dem ihre Skelette und Schalen bestehen, sondern dass auch die Fische direkt betroffen sind. Das durch die Einwirkung von Säuren auf Kalk entstehende Kohelndioxid, s.o., wirke laut taz auf das Nervensystem und die Sinne der Fische, so dass sie ihr Verhalten ändern und den Geruch von Fressfeind_innen als verlockend wahrnehmen würden. Da sie also nicht mehr zwischen sicheren und feindlichen Umgebungen unterscheiden könnten, würden sie schneller gefressen.

 

 

Fazit und Ausblick

Durch Säuren, z.B. den im Haushalt benutzten Essig, lösen sich die Schalen von Hühnereiern, Muscheln, Seeigeln unter Entwicklung des Gases Kohlendioxid auf. Die Versauerung der Meere schadet allen Krusten- und Schalentieren, da ihre Skelette und Schalen aufweichen und wirkt direkt auf die Fische, da das Kohlendioxid auf ihr Nervensystem, ihre Sinne wirkt, so dass sie schneller gefressen werden.

Hier ist schon einmal ein kleiner Ausblick auf den nächsten blog-Artikel "Ostereier färben mit Naturfarben". Die Fotos oben zeigen, aus welchen Schalen, Blättern oder Knollen du z.B. einen Färbesud herstellen kannst. Wie du den Färbesud genau herstellst, was du beim Färben mit Naturfarben beachten solltest und die Ergebnisse der Versuche kannst du dann demnächst auf meinem blog lesen und sehen.

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Mo

10

Feb

2014

Kerzen löschen wie von Geisterhand (2014)

Ein Essig-Backpulver-Gemisch als Feuerlöscher

Essig und Backpulver finden sich wahrscheinlich in jedem Haushalt. Hast Du eine Idee was passiert, wenn Du sie miteinander mischt? Kennst du ein durchsichtiges Gas, das Du ausgießen kannst? Was hat das mit der Hundsgrotte in Italien, mit dem Backen, mit Limonaden, mit dem Klimawandel zu tun? Vielleicht hast Du ja Lust auf ein kleines, einfaches Experiment, mit dem du eine Kerzenflamme wie von Geisterhand löschen kannst und interessierst Dich für die Hintergründe dieses Experiments.

Das Experiment

Du brauchst: Ein Teelicht, ein Trinkglas, einen Esslöffel Backpulver, eine Kanne und ca. ein halbes Glas Essig.

 

Durchführung: Stelle das Teelicht in das Glas und zünde es an. So hast Du eine windgeschützte Flamme. Gib nun in die Kanne ein Glas Essig, ca. zwei Fingerbreit und einen Esslöffel Backpulver. Sobald die deutlich sichtbare Reaktion vorüber ist, hälst du die Kanne mit der Öffnung schräg über die Kerzenflamme. Stelle Dir vor, dass sie mit einer unsichtbaren Flüssigkeit bis zum Rand gefüllt ist, die Du über die Kerzenflamme gießen willst.

 

Beobachtung: Die Mischung aus Essig und Backpulver schäumt sofort heftig; das starke Schäumen lässt aber ziemlich schnell nach. Wenn Du nun den darüberstehenden unsichtbaren Stoff auf die Kerzenflamme gießt, nicht die Flüssigkeit, flackert die Flamme kurz und geht dann aus. Willst Du erst überlegen, was passiert sein könnte, bevor Du weiter liest?

 

Erklärung/Deutung: Backpulver enthält unter anderem Natriumhydrogencarbonat, ein Salz der Kohlensäure. Der Haushaltsessig enthält ca. 5% Essigsäure. Die Schaumbildung, die Du bei dem Experiment beobachten kannst, deutet daraufhin, dass sich ein eine Gas entwickelt hat: Aus Carbonaten, den Salzen der Kohlensäure, entsteht durch Zugabe von Säuren, hier Essigsäure, das Gas Kohlendioxid.

Aus Natriumhydrogencarbonat und Essigsäure entstehen Kohlendioxid, Wasser und Natriumacetat, ein Salz der Essigsäure: NaHCO + CH3COOH CO2 + H2O + Na(CH3COO)

Da Kohlendioxid ein durchsichtiges, geruchloses Gas ist, das schwerer ist als Luft, verdrängt es diese und du kannst es wie eine Flüssigkeit ausgießen. Da Flammen zum Brennen/Verbrennen eine bestimmte Konzentration des Gases Sauerstoff benötigen, die durch die Verdrängung durch Kohlendioxid zu gering geworden ist, gehen sie aus.

Mehr Informationen zum Brennen/Verbrennen findest du in meinem blog-Artikel:

Weihnachtszeit ist Kerzenzeit - Kerzen-Experimentier-Zeit

Mehr Informationen über Säuren und eine Möglichkeit wie Du Dir selber Brausepulver herstellen kannst, erfährst Du in meinem blog-Artikel:

Säuren im Haushalt - einige Beispiele und Rezepte

Wo begegnet uns das Kohlendioxid?

Alltägliches:

  • Kohlendioxid ist in vielen Getränken, hier meist als Kohlensäure bezeichnet, da es sich, abhängig von der Temperatur, in Wasser mehr oder weniger stark auflöst. Dabei entsteht dann Kohlensäure. Du findest es im Bier, im Sodawasser, es bewirkt das Prickeln der Brausen, Mineralwässer, Limonaden, Schaumweine und des Sekts.

 

Besonderes:

  • Hundsgrotte: In der Hundsgrotte in Italien, nahe Neapel, findest Du eine so hohe Konzentration an Kohlendioxid, dass kleine Tiere, z.B. Hunde, die sich näher am Boden befinden, ersticken können. Daher hat die Grotte ihren Namen. Wie Du oben lesen konntest, hat das Gas eine höhere Dichte als Luft und reichert sich deshalb am Boden an.
  • Bedeutender Ausgangsstoff für die Photosynthese, für unsere Lebensgrundlage: Pflanzen, Algen und Cyanobakterien können mit Hilfe von Sonnenlicht als Energiequelle aus Kohlendioxid und Wasser Kohlenhydrate und Sauerstoff herstellen (6 CO2 + 12 H2O →C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O). Diese Kohlenstofffixierung durch Photosynthese ist die Grundlage der meisten Nahrungsketten. Bei wikipedia wird ihre Bedeutung für das uns bekannte Leben mE gut beschrieben.  "Sie treibt durch die Bildung organischer Stoffe mittels Sonnenenergie direkt und indirekt nahezu alle bestehenden Ökosysteme an, da sie anderen Lebewesen energiereiche Baustoff- und Energiequellen liefert." Eine ausgwachsene Buche z.B.,  die ca. 200.000 Blätter besitzt, produziert pro Tag ca. 12 kg Kohlenhydrate, nimmt dabei 9000 Liter Kohlendioxid auf und gibt 9000 Liter Sauerstoff ab.
  • Bedeutung des Vulkanismus: Vulkanismus ist verantwortlich für anhaltende Verfügbarkeit von Kohlendioxid in der Atmosphäre und somit die Voraussetzung für Leben. Im Carbonat‐Silikat‐Zyklus wird aus Kohlendioxid und Regenwasser Kohlensäure gebildet ( CO2 + H2O → H2CO3), erodiert diese die Silikate im Boden, so dass Calcium-Ionen und Hydrogencarbonat-Ionen entstehen. Aus Calcium‐ ( Ca2+) und Hydrogencarbonat‐Ionen (HCO3) entsteht dann Calciumcarbonat (CaCO3), unter anderem durch viele Lebewesen wie Muscheln, Schnecken, Krebse, Kieselalgen etc.. Das Calciumcarbonat lagert sich am Boden ab, wird im Erdmantel aufgespalten und es entsteht Kohlendioxid, welches durch Vulkanismus in die Atmosphäre gelangt.

 

Fazit:

Vermischt Du Backpulver mit Essig so entsteht das farb- und geruchlose Gas Kohlendioxid. Da es spezifisch schwerer als Luft ist, kannst Du es gießen und da es dadurch den Sauerstoff verdrängen kann, kannst Du die Kerze damit wie von Geisterhand löschen. In der Hundsgrotte befindet sich durch Vulkanismus eine so hohe Konzentration an Kohlendioxid in Bodennähe, dass kleinere Tiere, wie Hunde, ersticken.

Kohlendioxid begegnet uns oft im Alltag: Es ist in der Luft, wir atmen es aus, es ist ein Verbrennungsprodukt von Autos, Flugzeugen, Fabriken, Heizöfen etc., ist in vielen Getränken, es lässt Kuchen- und Brotteig schön aufgehen, macht Obst und Gemüse länger haltbar usw..

Kohlendioxid ist unverzichtbar für unser Leben, da es Ausgangsstoff der Photosynthese, der Nahrungskette ist.

Durch Vulkanismus gelangt es immer wieder in die Atmosphäre, und aus ihm wird im Carbonat-Silikat-Zyklus durch Muscheln, Schnecken, Krebse und Kieselalgen u.a. Kalkstein gebildet.

 

Ausblick: Hast Du eine Idee was passiert, wenn Du ein rohes Ei in Essig legst? Dazu später in meinem blog.

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Do

02

Jan

2014

Feuer unter Wasser - ein Wunderkerzen-Versuch zum neuen Jahr (2014)

Wunderkerzen sind für mich immer noch faszinierend und verbunden mit vielen schönen Momenten wie  Geburtstagen, Weihnachten, toller Stimmung bei verschiedensten Festen und wunderbarer Musik, aber auch mit der jährlichen Begrüßung des neuen Jahrs durch die faszinierende Feuershow am Himmel. In meinem Artikel zu Beginn des letzten Jahres "Wunderkerzen, Feuerwerk - chemisches Farbspiel der Metalle" habe ich beschrieben wie diese wunderbaren Lichteffekte zustande kommen, dass dabei verschiedene Metalle mit jeweils charakteristischen Farben mit Sauerstoff zu ihren Oxiden (Sauerstoffverbindungen) verbrennen.

 

Feuer unter Wasser - ein nicht ganz ungefährliches Experiment im Freien

In diesem Jahr zeige ich dir wie du in einem einfachen Versuch sehen kannst, dass die Wunderkerzen Metalle enthalten, die unter Wasser brennen, meist Aluminium und Eisen. Sie brennen auch deshalb unter Wasser, weil sie Verbindungen enthalten, die den Sauerstoff für die Verbrennung liefern, die Nitrate. Das sind sauerstoffreiche Stickstoffverbindungen, Salze der Salpetersäure. In den Wunderkerzen ist meist das Bariumnitrat enthalten, in den Raketen und Böllern des Feuerwerks das Schwarzpulver, das als Sauerstofflieferant das Kaliumnitrat enthält. Früher wurde das Schwarzpulver für Schusswaffen verwendet.

Was brauchst du für den Versuch?

Elf Wunderkerzen, eine große Glasschale, Wasser, Klebefilm, ein Feuerzeug und eine_n Erwachsene_n, falls du noch ein Kind bist, einen Platz im Freien, z.B. Terasse oder Balkon

 

Wie gehst du vor?

Fülle die Glasschale mit Wasser, binde zehn Wunderkerzen mit einem Klebestreifen zusammen, so dass die Spitzen frei bleiben. Stelle die Glasschale nach draußen. Zünde zuerst nur eine Wunderkerze an und tauche sie, sobald sie brennt, ins Wasser, beobachte. Zünde dann das zusammengebundene Wunderkerzen-Päckchen an, warte bis alle brennen und tauche sie dann ebenfalls schnell in die Wasserschüssel.

 

Was kannst du beobachten?

Die einzelne funkensprühende Wunderkerze erlischt sofort nach dem Eintauchen in Wasser. Die zehn zusammengebundenen Wunderkerzen, sprühen intensiv Funken, brennen auch unter Wasser einige Sekunden weiter, das Wasser sprudelt und Rauch steigt aus der Schüssel auf. Am Ende ist in der Wasserschüssel eine Suspension aus Wasser mit fein verteiltem weißgrauem Feststoff zu sehen und auf der Wasseroberfläche schwimmen wenige dunkelgraue bis schwarze Feststoffteilchen.

 

Erklärung/Deutung:

Wunderkerzen verbrennen in einer exothermen Reaktionen, also unter Freisetzung von Energie, erkennbar an den Funken. Das Wasser kühlt so weit ab, dass eine einzelne Wunderkerze erlischt. Die zehn zusammengebundenen Wunderkerzen brennen eine Zeit unter Wasser weiter, weil sie den Sauerstoff, den sie zum Brennen brauchen in Form von Bariumnitrat enthalten und weil ihre Verbrennung so viel Energie freisetzt, dass das Wasser eine Zeit braucht, um sie unter die sogenannte Zündtemperatur abzukühlen. Durch die bei der Verbrennung frei werdende Energie verdampft ein Teil des Wassers, das in Gasblasen aufsteigt. Bei der Verbrennung entstehen vor allem die Verbrennungsprodukte weißes Aluminiumoxid und schwarzes Eisenoxid.

 

Löschen von Metallbränden

Metallbrände, also auch größere Mengen von Aluminium als in diesem Wunderkerzen-Versuch, lassen sich weder mit Wasser noch mit Kohlendioxid oder Pulverlöschern löschen, da diese Metalle heftig mit ihnen reagieren. Deshalb verwendet man zum Löschen von Aluminium-, Kalium-, Lithium-, Magnesium- und Natriumbränden sowie deren Legierungen Sand, Salz oder Zement. Diese Feststoffe erwärmen sich durch die Metallbrände so stark, dass sie zum Teil schmelzen und verkrusten. Die Kruste unterbricht dann die Zufuhr von Sauerstoff, der für die Verbrennung benötigt wird.

 

Weisst du das?

  • Brennen Wunderkerzen auch im Weltraum?
  • Wie funktionieren die Seenotfackeln?
  • Wie funktioniert das Unterwasserschweißen?
  • Vorschau auf das nächste Sylvester: Versuch "Der Zauberdocht" und "Wunderkerzen selbst gemacht"

 

Fazit:

In den Wunderkerzen und im Feuerwerk verbrennen Metalle  mit jeweils charakteristischen Farben zu den jeweiligen Sauerstoffverbindungen, den Oxiden. Bei der Verbrennung wird Energie frei, sichtbar an den Funken. Der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff wird von den sauerstoffreichen Nitraten, die enthalten sind, geliefert. Metallbrände lassen sich nicht mit Wasser oder Kohlendioxid löschen, da sie mit ihnen heftig reagieren. Zum Löschen von Metallbränden eignen sich z.B. Sand, Salz oder Zement.

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Do

26

Dez

2013

Weihnachtszeit ist Kerzen-Zeit - Kerzen-Experimentier-Zeit (2013)

Die Weihnachtszeit ist sicher für viele Menschen in Deutschland und insgesamt auf der Nordhalbkugel, eine Zeit, in der wir das Licht der Kerzen gerne geniessen, als Kontrast zu der dunklen Jahreszeit aber auch zu der lärmenden, neonlichtdurchfluteten Konsum- und Arbeitswelt. Neben dem warmen Licht, der Wärme und der Ausstrahlung von Ruhe und Muße bietet Kerzenlicht zusätzlich sehr schöne, einfache, kreative Möglichkeiten, zu experimentieren. Nur mit einer Kerze können wir schon lernen zu beobachten, Fragen zu stellen, Experimente zu planen und gemeinsam durchzuführen, naturwissenschaftliche Erkenntnisse spielerisch und mit Spass gemeinsam erwerben:

  • Wie heiß ist eine Kerzenflamme?
  • Brennt bei der Kerze der Docht, das feste, das flüssige Wachs, der Wachsdampf?
  • Ein Teelicht geht schwimmen oder "Eine Kerze als Wasserpumpe"
  • Vorschau: Eine Kerze löschen wie von Geisterhand

Kerzenflamme und Temperaturen, mit Experimenten

Hast du dir eine Kerzenflamme schon einmal genau angesehen? Bei genauer Betrachtung kannst du drei verschiedene Zonen erkennen. Die innerste Zone, direkt um den Docht herum, ist ein ziemlich dunkler Kegel. Direkt darüber befindet sich der hellste und leuchtendste Teil der Flamme und der Flammensaum ist wieder etwas dunkler. Kannst du dir vorstellen, dass in drei unterschiedlichen Bereichen auch verschiedene Temperaturen zu messen sind? Hast du eine Idee für ein Experiment, um das zu untersuchen?

Experiment Temperaturzonen: Du brauchst eine Kerze und ein Streichholz oder einen Zahnstocher:

a) Wenn du ein Holzstäbchen, z.B. einen Zahnstocher oder ein Streichholz ohne Kopf, kurz in die Flamme, direkt über den Docht, hältst, so kannst du erkennen, dass das Holzstäbchen nur rechts und links schwarz geworden ist, ca. 1/2 cm in der Mitte aber weiter unverändert ist (s. Foto rechts oben).

b) Halte ein Streichholz in das untere Ende der Flamme und danach ein Streichholz in den mittleren Bereich der Flamme. Du wirst sehen, dass eines der beiden Streichhölzer mit Verzögerung brennt. Welches?

Kannst du dir das erklären?

 

Hintergrundwissen: Was brennt bzw. verbrennt denn eigentlich bei der Kerze?

Kerzenwachs, ob aus tierischem, pflanzlichem oder synthetischem Wachs hergestellt, besteht hauptsächlich aus einer Verbindung der Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff. Als tierisches Wachs kennst du wahrscheinlich das Bienenwachs, als pflanzliches Wachs kennst du eventuell das Carnaubawachs. Das synthetische Wachs wird meist aus Erdoel gewonnen und besteht hauptsächlich aus Paraffin.

Beim Verbrennen verbinden sich die Stoffe mit dem Sauerstoff der Luft und es entstehen dabei Sauerstoffverbindungen, Oxide. Dabei wird Energie frei; es sind also exotherme Reaktionen. Luft besteht zu 21% aus Sauerstoff, der Hauptbestandteil der Luft ist allerdings, verblüffenderweise,  zu ca. 78% der Stickstoff.

Beim Verbrennen der Kerze ensteht also vor allem Kohlendioxid und Wasserdampf. Teilweise findet allerdings auch eine unvollständige Verbrennung statt und der Kohlenstoff wird als feine, schwarze Ruß-Partikel mitgerissen. Eine rußende Flamme hast du sicher schon oft gesehen.

 

Erklärung/Deutung des Experimentes

Die unterschiedliche Helligkeit und die unterschiedlichen Farben der Kerzenflamme zeigen an, dass die Kerzenflamme verschiedene Temperaturzonen besitzt. Im inneren Flammenkegel, dem Flammenkern, lassen sich mit einem Temperaturfühler ca. 800°C messen, im mittleren und hellsten Teil der Kerze, dem Flammenmantel, ca. 1400°C und im äußeren Teil der Flamme, dem Flammensaum, 1200 - 1400°C. Die Energie der Kerzenflamme reicht aus das Wachs zu schmelzen. Das nun flüssige Wachs steigt im Docht nach oben und wird in Flammennähe gasförmig. Der Wachsdampf verbrennt dann hauptsächlich zu den Gasen Kohlendioxid und Wasserdampf, die beide farblos und somit nicht zu sehen sind. Der dunkle, innere Teil der Flamme hat weniger Kontakt zur Luft, also somit auch zum Sauerstoff, der aber für die Verbrennung nötig ist. Deshalb bleibt das Holzstück in der Mitte unverändert. Im mittleren Flammenteil verbrennt das Holz und verkohlt. Deshalb wird es nur dort schwarz. Aus dem gleichen Grund brennt das Streichholz, das du bei Experiment b) in den dunkleren, kühleren Teil der Flamme hältst, mit Verzögerung.

 

Experimente: Nur Wachsdampf brennt

Willst du dir Experimente ausdenken, die zeigen, dass das, was bei der Keze verbrennt, der Wachsdampf ist und nicht der Docht, das feste oder flüssige Wachs?

Meine Vorschläge:

1. Experiment, Fernzündung: Du brauchst eine Kerze und ein Feuerzeug

"Zünde eine Kerze an und warte etwa zwei Minuten, bis das Wachs unter der Flamme flüssig ist und richtig brennt. Dann muss alles sehr schnell gehen: Puste die Kerze aus und halte das Feuerzeug etwa eine Handbreit vom Docht entfernt in den Kerzendampf, der sich wie eine Schwade in die Luft emporwindet. Entzünde das Feuerzeug, so dass die Flamme im Dampf angeht." (s. Hecker, J.: Experimente, Den Naturwissenschaften auf der Spur, Der Kinderbrockhaus, Gütersloh/München 2011, S. 120)

Deutung/Erklärung: Das durch die Flamme geschmolzene Wachs, das im Docht hochsteigt, verdampft. Wenn die Kerze ausgeblasen ist, verdampft eine kurze Zeit lang weiter Wachs. Dieser Wachsdampf brennt jetzt zwar nicht mehr, entzündet sich aber wieder, wenn du die Feuerzeugflamme in die Nähe bringst.

2. Experiment, Tochterflamme: Du brauchst eine Kerze, ein Glas- oder Metallrohr, ein Feuerzeug, eine Zange/Tiegelzange

Halte ein Glas- oder Metallrohr mit einer Zange nahe über dem Docht in die Kerzenflamme. Versuche die am Ende des Röhrchens austretenden Gase mit dem Feuerzeug zu entzünden.

Deutung: Am Ende des Rohres kann sich nur noch gasförmiges Wachs befinden, das du zum Brennen/Verbrennen bringst.

Kontrollfrage: Wenn du Kerzenwachs in ein Reagenzglas tropfen lässt, das Reagenzglas dann über eine Brennerflamme hältst und versuchst das austretende Gas am offenen Ende des Reagenzglases mit einem Feuerzeug zu entzünden: Brennt das entweichende Gas?

Antwort: Ja, es brennt, da brennbarer Wachsdampf entweicht.

Experiment: Ein Teelicht geht schwimmen oder "Eine Kerze als Wasserpumpe"

Du brauchst: Einen Teller, eine Münze, ein Teelicht, ein Trinkglas, ein Streicholz, Leitungswasser oder gefärbtes Wasser (Rote-Beete-Saft oder etwas Tinte zum Anfärben)

Durchführung: Gieße etwas Wasser auf einen Teller, stelle ein Teelicht in die Mitte und zünde es an. Nach kurzer Zeit stülpst du ein Trinkglas über das Becherglas und beobachtest.

Beobachtung: Wenige Sekunden nachdem du das Glas über das brennende Teelicht gestülpt hast, geht die Flamme aus. Gleichzeitig steigt das Wasser im Glas, fast sprunghaft, an und das Teelicht schwimmt. Im Innern des Glases kannst du an den Glaswänden viele, feine, farblose Tropfen erkennen. Kannst du dir die Beobachtungen erklären?

Erklärung/Deutung: Der Wachs entzieht der im Glas enthaltenen Luft den Sauerstoff für die Verbrennung, s.o.. Dadurch ensteht im Glas ein Unterdruck. "Weil das Glas unten offen ist, kann sich der Druck ausgleichen. Zwischen der äußeren Luft und der Luft im Glas ist aber dasWasser. Deshalb drückt der äußere Luftdruck Wasser in das Glas und presst so die Luft im Glas zusammen, bis der Luftdruck innen und außen gleich ist." ((s. Hecker, J.: Experimente, Den Naturwissenschaften auf der Spur, Der Kinderbrockhaus, Gütersloh/München 2011, S. 125) Bei dem Brennen der Kerze entstehen aus dem Wachs und dem Sauerstoffanteil der Luft durch Oxidation Kohlendioxid, Wasserdampf und Energie, s.o.. Sobald nicht mehr genug Sauerstoff im Glas enthalten ist, geht die Kerze aus. An den kalten Rändern des Glases kondensiert der Wasserdampf zu Wasser. Deshalb siehst du am Glasrand farblose Tropfen.

Im Kinderbrockhaus, s.o., ist auch eine Abwandlung dieses Versuchs vorgeschlagen: "Eine Kerze als Wasserpumpe". Danach legst du eine Münze zwischen Teelicht und Tellerrand ins Wasser und stellst deinen Freund_innen die Aufgabe, die Münze mit den Händen vom Teller zu nehmen, ohne sich die Hände nass zu machen. Da ja das Wasser vom Teller in das Glas gezogen wird, liegt die Münze, die vor dem Versuch im Wasser liegt, nach dem Versuch auf dem Trockenen.

Fazit und Ausblick

Zum naturwissenschaftlichen Arbeiten - planmäßig, zielgerichtet beobachten, Fragen nach der Erklärung der Beobachtung stellen, eine Hypothese (begründete Vermutung) aufstellen, diese mit Hilfe eines Experimentes  überprüfen - genügt auch schon eine Kerze und ein Streichholz. Die heißeste Stelle in der Kerzenflamme ist mit ca. 1400°C im mittleren, hellsten Bereich der Flamme. Der Wachsdampf verbrennt hier mit Luftsauerstoff zu Kohlendioxid, Wasserdampf und Energie. Ist nicht mehr genug Sauerstoff in der Umgebung der Flamme vorhanden, erlischt sie.

In meinem nächsten Blogartikel zeige ich dir ein verblüffendes Experiment zum Löschen einer Kerze wie von Geisterhand.

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Sa

16

Mär

2013

Seltene Erden - für Handys und für Mastschweine. Das soll der richtige Weg sein? (2013)

Gestern las ich in der taz, dass die Seltenen Erden, deren Bedeutung als Rohstoffe für unsere moderne Technologie immer mehr zunimmt, auch im Tierfutter, z.B. für Mastschweine, eingesetzt werden sollen. Das alarmierte und motivierte mich Genaueres über die Seltenen Erden nachzulesen. Das Ergebnis dieser Recherche: Für mich ist der Einsatz von Seltenen Erden, der nicht nur bei Tieren, sondern auch bei Pflanzen stattfindet, der falsche Weg.  Im Folgenden findest du Informationen zu den Metallen, ihrer Verwendung im Alltag, ihrer Wirkung, dem Umweltaspekt ihrer Gewinnung und eine mögliche Reaktion darauf.

 

Tomihahndorf aus der deutschsprachigen Wikipedia [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) oder CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons
Tomihahndorf aus der deutschsprachigen Wikipedia [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) oder CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Was sind seltene Erden?

Bis vor ein paar Jahren war mir die Bedeutung der Metalle der seltenen Erden  gar nicht bekannt. In den  Schulbüchern, die ich kenne, werden sie z.B. gar nicht oder nur in einem Nebensatz erwähnt. Sie tauchen dann eher als "Lückenfüller" der höheren Energiezustände des Periodensystems auf, als Elemente der 6. und 7. Periode, ohne Angabe von Eigenschaften, Gewinnung oder Verwendung. Während des Chemiestudiums lernte ich sie als Sammelbegriff für die chemischen Elemente der dritten Nebengruppe Scandium, Yttrium, Lanthan und die 14 Lanthanoide kennen. Infomationen über ihre Verwendung fanden sich aber kaum. Erst in letzter Zeit habe ich immer wieder über ihre Bedeutung für die moderne Technologie gelesen, z.B. über den Nachfrageboom nach diesen Elementen. Es sind heute äußerst gefragte Metalle 

 

 

Seltene Erden-Den Rüssel im Luxusdreck

Gefragte Metalle Schatzsuche nach Seltenen Erden

 

So selten, wie ihr Name vermuten lässt, sind sie allerdings gar nicht; denn sie sind in zahlreichen Gesteinen zu finden und am Aufbau der Erdrinde stärker beteiligt als manche viel bekanntere Elemente, wie z.B. Silber, meist allerdings in ziemlich geringer Konzentration. Den Namen haben sie daher, dass sie früher eher in seltenen Mineralien gefunden wurden, aus denen man sie in Form von Oxiden isolierte. Der Name Erden ist eine alte Bezeichnung für Oxide, also Sauerstoffverbindungen.

 

Es sind unedle Metalle, die daher nicht elementar, also als reines Element, sondern in Verbindungen, vor allem als Phosphate, Fluorocarbonate und Silicate vorkommen. Aus diesen Verbindungen müssen sie dann erst gewonnen werden und das ist erstens schwierig und kostspielig, weil sie in so geringen Konzentrationen vorkommen und sich chemisch so sehr ähneln und zweitens gesundheitsschädlich, weil diese Gewinnung den Einsatz umweltgefährdender Chemikalien, wie z.B. Schwefelsäure, Natronlauge, Fluorwasserstoff, benötigt, die entweder in höheren Konzentrationen ätzend oder sogar stark giftig sind. In der taz wird die umwelt- und gesundheitsgefährdende Gewinnung als Grund dafür genannt, dass China 92% der benötigten Seltenerdemetalle fördert, obwohl sich dort nur etwa 23 Prozent der weltweiten Vorkommen befänden.      

 

Wo begegnen uns im Alltag die seltenen Erden?

Durch ein Geschenk meiner Söhne, das tolle Buch von Theodore Gray "Die Elemente, Bausteine unserer Welt", mit wunderschönen Fotografien von Theodore Gray und Nick Mann, lernte ich auch die seltenen Erden und ihre Verwendung näher kennen.

 

Theodore Gray: Die Elemente Bausteine unserer Welt

 

 

Dazu schenkten sie mir dann auch noch die faszinierenden Neodym-Eisen-Bor-Magnete, so dass ich eine mögliche Verwendung direkt ausprobieren konnte. Sie gehören laut T. Gray zu den stärksten heute bekannten Magneten. Ich kann mit ihnen spielen oder sie kreativ nutzen, was mir beides großen Spass macht. Gerne verwende ich sie auch in Form der Bilderseile. Sie sind für mich sowohl praktisch als auch schön, z.B., um jeweils aktuelle Fotos aufzuhängen.

Ansonsten begegnen sie uns in Brennstoffzellen, Dauermagneten, Elektromotoren, Handys, Flachbildschirmen, sind sie in Atomreaktoren, Windrädern, werden in der Medizin genutzt, usw.. Übersichtlich und ausführlich ist das einer Tabelle im wikipedia-Artikel Seltene Erden zu entnehmen.  Leider ist ihre Herstellung alles andere als umweltfreundlich und deshalb sollten Recycling und die Suche nach Alternativen im Vordergrund stehen. Genaueres zur Umweltbelastung später. 

 

Was bewirken die Seltenen Erden in den Tieren?

Eingesetzt werden sie, in China bereits seit langem, zur Leistungssteigerung, da sie zu einer Zunahme der Lebendmasse und einer Verbesserung der Futterverwertung führen sollen. In zwei Dissertationen über Studien zur Verabreichung von Seltenen Erden, genauer, von Lanthanchlorid und Cerchlorid, zeigte sich, dass neben der Leistungssteigerung auch eine Anreicherung z.B. in der Leber, in den Knochen, in Milz und Lungen stattfindet. Außerdem blockieren sie die Aufnahme von Calciumionen, somit Weiterleitung von nervalen Impulsen, hemmen Muskelkontraktionen sowie die Blutgerinnung, wirken aber auch bakteriostatisch (hemmen das Wachstum von Bakterien) und antiviral (wirksam gegen Viren), um einige Wirkungen zu nennen. Also, sie greifen nicht unwesentlich in den Organismus ein.

 

Aus dem UMWELTLABOR/271: Seltene Erden - Ausverkauf bis in die Tiefsee (SB): "Abgesehen von dem zur Zulassung in der EU vorgeschriebenen und der EFSA (European Food Safety Agency) bereits vorgelegten "Unbedenklichkeitsnachweis" [10], in dem behauptet wird, daß Seltene Erden überhaupt nicht toxisch seien, gibt es jedoch frühere Studien, die sich mit der chemischen Verwandtschaft von geladenen Ionen der Seltenen Erden (also Salzen dieser Substanzklasse) befassen, die sich wie Calcium-Ionen verhalten und auch bei bestimmten Stoffwechselfunktionen damit verwechselt werden. In einem solchen Zusammenhang wären aber toxische Wirkungen durchaus vorstellbar [11]." 

 

UMWELTLABOR/271: Seltene Erden - Ausverkauf bis in die Tiefsee (SB)

 

Laut taz-Artikel hat das österreichische Unternehmen Treibacher Industrie AG einen Antrag bei der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) gestellt, um Lanthan als Futtermittelzusatz vermarkten zu können.

 

Aus "Untersuchungen zum Einsatz Seltener Erden als Leistungsförderer beim Schwein", von Nicole Eisele, 2003, S. 61: "In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass die Lanthanoide sich nur geringfügig im Fleisch der Tiere anreichern (Xie et al., 1995, He et al., 2001; Schuller et al., 2002). Sie besitzen eine nur minimale Toxizität (Haley, 1956)."

 

Untersuchungen zum Einsatz Seltener Erden als Leistungsförderer beim Schwein

 

Untersuchungen zur Wirksamkeit von Seltenen Erden beim Ferkelund Darstellung der gesetzlichen Grundlagen hinsichtlich der Zulassung von Futtermittelzusatzstoffen 

 

Das soll mich jetzt beruhigen? Die geringfügige Anreicherung wurde z.B. nach einer 12 wöchigen Einnahme festgestellt. Was sind die Langzeitwirkungen? Was haben giftige Stoffe in unseren Nahrungsmitteln zu suchen? Um Kosten zu sparen oder /und die Masse zu steigern, sollen wir das in Kauf nehmen? Wir sehen doch die Auswirkungen der Antibiotika als Leistungsförderer, deren Einsatz im Tierfutter erst 2006 in Europa verboten wurde. Diese unglaublich große Verabreichung von Antibiotika hat ja mittlerweile aufgrund von Resistenzen zu großen Problemen bei der Behandlung von Menschen geführt hat.

 

Der richtige Weg kann für mich nur in einer ökologischen und nachhaltigen Produktion von Nahrungsmitteln liegen, verbunden mit einer gerechten Verteilung der produzierten Nahrungsmittel. Beides dient eher unserer Gesundheit.

 

Metalle in Lebensmitteln? Der Unterschied zwischen Element und Verbindung ist enorm.

Immer wieder befremdlich und ärgerlich finde ich, dass bei der Deklaration von Lebensmitteln, in Artikeln, selbst in Dissertationen, nicht zwischen Element und Verbindung unterschieden wird; denn der Unterschied in den Eigenschaften, ist enorm. Natürlich haben wir kein Jod oder Fluor in unserem Haushaltssalz und kein Natrium, Kalium, Magnesium oder Calcium in unserem Mineralwasser. Natürlich werden die Schweine auch nicht mit den Seltenerdenmetallen gefüttert. Gemeint sind immer die Ionen, also ein Teil einer Verbindung, die immer eklatant andere Eigenschaften besitzen als die Elemente. (Ionen sind positiv oder negativ geladene Atome, Kationen und  Anionen, die durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen entstanden sind.) So sind im Haushaltssalz nicht Fluor und Jod, sondern, wie im Meerwasser und in Mineralien, ihre Ionen, z.B. als Natriumjodid und Natriumfluorid vorhanden. Im Mineralwasser ist nicht Kalium, Magnesium und Calcium, sondern Kalium-, Magnesium, und Calciumsulfat oder -chlorid oder -hydrogencarbonat. Die Schweine werden nicht mit den Metallen sondern z.B. Lanthan- und Cerchlorid, also ihren Verbindungen mit Chlor, gefüttert.

Beispiele für die unterschiedlichen Eigenschaften der Elemente und ihrer Verbindungen:

Natrium ist ein silberglänzendes, hochentzündliches Metall mit ätzender Wirkung und sehr hoher Reaktionsfreudigkeit, so dass es unter Petroleum aufbewahrt wird, weil es auch mit der Luft sofort reagiert. Mit Wasser reagiert es sofort sehr heftig. Bei Versuchen mit Natrium, selbst mit kleinsten Mengen, hatte ich immer eine Schutzbrille auf, habe zu den SchülerInnen hin eine Schutzscheibe aufgestellt und hatte natürlich einen Kittel an. Die Natrium-Verbindung Natriumchlorid aber z.B. nutzen wir als Kochsalz für unsere Speisen.

Fluor ist ein sehr giftiges, reaktives, ätzendes Gas, Jod ein blauschwarzer Feststoff, der beim Erhitzen violette Dämpfe entwickelt, ihre Chloride sind weiße kristalline Feststoffe wie das Natriumchlorid. Kalium, Magnesium und Calcium sind ebenfalls silbergraue Metalle, die mit dem Luftsauerstoff stärker (Kalium) oder schwächer (Magnesium) reagieren und weiße Salze bilden.

Umweltaspekte der Gewinnung Seltener Erden

In dem oben angegebenen taz-Artikel wird genauso wie in dem wikipedia-Artikel zu den Neodym-Eisen-Bor-Magneten auf den umweltgefährdenden Einfluss der Gewinnung der Seltenen Erden hingewiesen, z.B. auch auf die radioaktiven Abfallprodukte, die dabei entstehen. In dem Hintergrundpapier Seltene Erden des Öko-Instituts Berlin, Stand 2011, werden neben der Verwendung, dem Vorkommen, der Förderung und der Entwicklung des Im- und Exports dieser Metalle die Umweltaspekte der Förderung genannt und die Risiken des Abbaus schematisch dargestellt. Zu der Gefährdungsabschätzung steht dort: "Beim Abbau von Seltenen Erden fallen im Bergbau sehr große Mengen an Rückständen an, die giftige Abfälle enthalten. Diese werden in künstlichen Teichen, umgeben von einem Damm, abgelagert. Ein Dammdurchbruch, wie in Ungarn im Oktober 2010 in einem Aluminiumoxid-Werk, kann zu zerstörerischen Umweltauswirkungen mit spezifischen Emissionen von Thorium, Uran, Schwermetallen, Säuren und Fluoriden führen. Darüber hinaus enthalten die meisten Seltenen Erden-Lagerstätten radioaktive Materialien, die Gefahren wie das Austreten von Radioaktivität in den Luft- oder Wasserpfad bergen."

 

Seltene Erden – Daten & Fakten

 

Thorium ist radioaktiv, Uran ist ebenfalls radioaktiv und sehr giftig, viele Schwermetalle sind gesundheitsschädlich oder giftig.

Wie gehe ich nun mit diesen Informationen um?

Für mich heißt das, dass ich die Alltagsprodukte, in denen Seltene Erden verwendet wurden, z.B. mein Handy, auf keinen Fall in den Müll werfe, sondern schaue, wo sie recycelt werden.

Zum Recyceln der Handys ruft z.B. die Deutsche Umwelthilfe auf: http://www.duh.de/althandy.html

Bevor ich ein neues Produkt kaufe, schaue ich, ob es umweltfreundlichere Alternativen gibt. Vielleicht lässt sich ja auch noch der Einsatz der Salze der Seltenen Erden als Futtermittelzusatz und bei der Nahrungsmittelproduktion insgesamt verhindern.

 

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Mi

27

Feb

2013

Fracking stoppen? Was sagen uns die Chemikalien? (2013)

Wie wirken denn die beim Fracking verwendeten Chemikalien? Bei den mehr oder weniger informativen Nachrichten über das Fracking, die ich nun schon etwas länger verfolge, ärgert mich immer wieder, auch aktuell im Zusammenhang mit der Bewertung des Gesetzesentwurfs, dass nicht, oder nur äußerst dürftig, erwähnt wird um welche Chemikalien es sich eigentlich handelt und, vor allem, welche Wirkung sie haben. Dem wollte ich nachgehen, wurde fündig und möchte das Fracking stoppen. Willst du Genaueres wissen? Dann lies weiter.

Chemie, Chemikalien - Vorurteile und Informationen

Es ärgert mich, dass ich durch die Medien nicht erfahre, welche Chemikalien verwendet werden. So ist jedeR selbst gezwungen zu recherchieren, um diese Seite des Fracking beurteilen zu können und durch diese Nicht-Information wird meines Erachtens das Vorurteil unterstützt Chemikalien seien sowieso schädlich. Das passt zu der eher gängigen Meinung, die ich oft zu hören bekomme, Chemie sei eher gefährlich und Biologie eher ungefährlich. Das ist so falsch wie undifferenziert. Beide Naturwissenschaften haben doch, wie ja auch ihr Name sagt, als Gegenstand ihrer wissenschaftlichen Untersuchungen die Natur. Während die Chemie sich vor allem mit den Eigenschaften und Reaktionen von Stoffen beschäftigt, befasst sich die Biologie mit den Erscheinungsformen lebender Systeme, also auch mit den innewohnenden chemischen Prozessen.

Beispiele: In meinem blog über Frühlingsblüher hast du ja z.B. auch schon lesen können, dass es giftige Pflanzen gibt, deren Liste übrigens relativ lang ist - von Adlerfarn, über z.B. Eisenhut, Fingerhut, Schierling usw. bis Wurmfarn. Einige sind dir wahrscheinlich als giftig bekannt, andere weniger. Kochsalz, Natriumchlorid, ist z.B. einerseits eine wichtige Chemikalie, also ein bedeutender Rohstoff der chemischen Industrie, andererseits ein wichtiger Bestandteil unserer Ernährung und als isotonische Kochsalzlösung in der Medizin lebensnotwendig. Kochsalz kommt einerseits in der Natur vor, kann aber auch z.B. durch die Neutralisation von Natronlauge mit Salzsäure hergestellt werden. Also, es ist schon notwendig zu wissen, um welche Chemikalien es sich handelt, um diesen Aspekt des Fracking beurteilen/bewerten zu können.

 

Informationen aus einem wissenschaftlichen Gutachten:

In dem wissenschaftlichen Gutachten "Humantoxikologische Bewertung der beim Fracking eingesetzten Chemikalien im Hinblick auf das Grundwasser, das für die Trinkwassergewinnung genutzt wird", von Professor Dr. Ulrich Ewer,  Prof. Dr. Fritz H. Frimmel und Dr. Birgit Gordalla, erschreckt mich die Anzahl der bedenklichen, gesundheits- und wasser- gefährdenden Substanzen einerseits und die Angabe, dass die Zusammensetzung der verwendeten Chemikalien je nach geologischen Bedingungen ständig wechselt und schwer in Erfahrung zu bringen ist, andererseits.

 

Humantoxikologische Bewertung der beim Fracking eingesetzten Chemikalien im Hinblick auf das Grundwasser, das für dieTrinkwassergewinnung genutzt wird

 

 

Die Gefahr, die von den einzelnen Stoffen ausgeht, wird zwar aufgrund der angenommenen, unterschiedlich starken Verdünnung (S. 5), als eher nicht so gefährlich eingeschätzt, andererseits spricht das auf S. 46  geschriebene Fazit in meinen Augen Bände: "Zusammenfassend ist festzustellen, dass Exxon Mobile sich erfolgreich bemüht, bei der Entwicklung neuer Rezepturen für Frack-Flüssigkeiten Additive mit möglichst geringer Toxizität und möglichst geringem wassergefährdenden Potential einzusetzen." Additive sind laut wikipedia Zusatzstoffe, die in geringen Mengen verwendet werden und Toxizität gibt die Giftigkeit an.

 

In diesem Gutachten lassen sich, allerdings nur für drei Orte, die verwendeten Chemikalien nachlesen: An einem Ort, Bohrstelle Buchhorst, waren die Hälfte der verwendeten Chemikalien gesundheitsschädlich oder giftig, (S.10) einer steht in Verdacht krebserregend zu sein (S.12); bei einem zweiten Standort, Bohrstelle Cappeln, wurden mehr als die Hälfte gesundheitsschädlicher, giftiger, ätzender Stoffe eingesetzt (S. 17 f) und an dem dritten Standort, Bohrstelle Damme, waren ca. 1/3 der verwendeten Chemikalien giftig oder gesundheitsschädlich (S. 19). Angemerkt wurde, dass der Einsatz gefährdender Chemikalien in den letzten Jahren verringert wurde und nur die aktuellsten drei Mischungen, nach Angaben von Exxon Mobile, untersucht wurden. Die angegebene Internetadresse, 

 

http://www.erdgassuche-in-deutschland.de/hydralic_fracturing/frac-fluessigkeiten/index.html).

 

ließ sich von mir leider nicht öffnen (S.1).

Zur Wassergefährdung: Die meisten der verwendeten Stoffe sind laut Gutachten schwach wassergefährdend, zwei werden als wassergefährdend und einer als stark wassergefährdend eingestuft (S. 24 f). Auch hierzu gibt es die Informationen nur von den drei oben angegebenen Orten und aus jüngster Zeit.

Was können wir tun?

Wenn wir uns über die zur Verfügung stehenden Informationen ein Bild gemacht haben, können wir uns entscheiden, ob wir versuchen wollen den Gesetzesentwurf noch zu stoppen. Ich habe eine mail an Dr. Philipp Rösler, Bundeswirtschaftsminister, geschrieben, was mir mithilfe der homepage von BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN sehr leicht gemacht wurde.

Neben dem oben erwähnten Gutachten kannst du dich anhand der Pressemitteilung des Wirtschafts- und Umweltministeriums NRW vom September 2012 über deren Bedenken informieren.  Zitat: "Minister Remmel betonte: Fracking birgt erhebliche Gefahren für Umwelt und Menschen. Das ist nun zum dritten Mal durch ein Gutachten belegt worden. Es handelt sich um eine neuartige Risikodimension mit derzeit nicht voraussagbaren Folgen." Warum teilt diese Einschätzung nicht das Bundeswirtschafts- und Bundesumwelt-Ministerium?

 

Umweltministerium und Wirtschaftsministerium legen Risikogutachten zu Fracking vor

 

 

Auch die links der taz und der Partei BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN ermöglichen dir weitere Informationen sowie, wenn du es wie ich richtig findest, eine mail an Dr. Rösler zu schreiben.

 

Fracking in Deutschland Entwurf für ein Gesetz vorgelegt

 

Stopp Fracking! 

 

 

Es war schon immer meine Meinung, dass NaturwissenschaftlerInnen sich nicht nur wissenschaftlich mit der Natur beschäftigen sollten, sondern immer auch Folgen naturwissenschaftlicher Erkenntnisse und Methoden abschätzen/beurteilen und sich für den Schutz der Natur und somit natürlich auch der Menschen, als Teil der Natur, einsetzen müssten.

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Do

07

Feb

2013

Säuren nützen im Haushalt - einige Beispiele und Rezepte (2013)

Möchtest du dir ein Brausepulver, eine Brause, selber herstellen? So einfach geht es:

 

Rezept: Mische in einem Glas einen Teelöffel Citronensäure mit einem Teelöffel Natron, beides in einem Lebensmittelgeschäft erhältlich, und probiere. Du merkst deutlich das Prickeln auf der Zunge von Brausepulver. Gibst du in das Glas nun Leitungswasser, so erhälst du eine schön sprudelnde Brause. Jetzt kannst du kreativ werden: Je nach Geschmack kannst du z.B. Orangen- oder Citronenschale, Zucker nach Belieben, Himbeer- oder Kirschsirup usw. zugeben. Vielleicht ist das auch mal nett für einen Kindergeburtstag. Ich denke es wird den Kindern Spass machen sich ihren Sprudel selbst herzustellen.

 

Erklärung: Vielleicht möchtest Du ja wissen wie sich das Prickeln und Sprudeln erklären lässt bzw. wie du das dann den Kindern erklären kannst? Dann lies weiter! Natron (NaHCO3) ist, genau wie Soda (Na2CO3), ein Salz der Kohlensäure (H2CO3). Gibt man zu den Carbonaten, wie die Salze der Kohlensäure allgemein genannt werden, eine Säure, so entsteht das Gas Kohlendioxid (CO2), was auch für das Sprudeln von Mineralwasser verantwortlich ist. Deshalb prickelt das Gemisch aus Natron mit Citronensäure auf der Zunge, deshalb schäumt das Gemisch nach Zugabe von Wasser und deshalb schäumt auch das Gemisch aus den Rotkohlexperimenten, nachdem ich erst Soda und dann Essig, und somit Essigsäure, zugegeben habe.

 

Allgemein: Carbonate reagieren mit Säuren zu Kohlendioxid, Wasser und dem Natriumsalz der Säuren. Beispiele: Natron und Citronensäure reagieren also zu Kohlendioxid, Wasser und Natriumcitrat, dem Salz der Citronensäure; Soda und Essigsäure reagieren zu Kohlendioxid, Wasser und Natriumacetat, dem Salz der Essigsäure. Diese Raektion lässt sich auch wunderbar zum Entkalken z.B. von Kaffeemaschinen anwenden. Wir machen das regelmäßig. Der Vorteil ist, dass wir mit diesem "Entkalker" einen natürlichen Stoff verwenden.

 

Rezept für deinen natürlichen, und im Gegensatz zum Essig nicht unangenehm riechenden, Entkalker:

Stelle dir eine Lösung aus 10g Citronensäure und ca. 100ml Wasser her; fertig ist dein Entkalker.

 

Auch ein Hausmittel gegen Verstopfung von Spülen und Waschbecken lässt sich mit durch eine entsprechende Reaktion herstellen.

Rezept: Gib in den Ausguss drei bis vier Esslöffel Backpulver, das auch wieder Natron enthält, und eine halbe Tasse Essig. Die darauf eintretende heftige Gasentwicklung kannst du ja jetzt schon erklären. Wenn du Glück hast, und nach einer Wartezeit heißes Wasser nachgießt, hat sich die Verstopfung gelöst. Dieser Tipp stand übrigens auch in der WAZ vom 20. Oktober 2012.

 

Viel Spass mit den Rezepten. Über eine Rückmeldung, wenn du es ausprobiert hast und ob es gelungen ist oder nicht, würde ich mich freuen.

 

Die Abbildung B3 habe ich aus dem Buch: Tausch, von Wachtendonk: Chemie 2000+, Band 2, Bamberg 2004, S. 74

 

In dem Blog-Artikel zum Rotkohl habe ich ja bereits geschrieben, dass der Rotkohl seine schöne rote Farbe erst durch die Säure bekommt. Das lässt sich aber auch durch die Zugabe von Äpfeln erreichen, wie ein Freund von mir erstaunt anmerkte. Die Erklärung ist die: Obst, wie z.B. Ananas, Äpfel, Birnen, Citronen, Erdbeeren, Himbeeren, Kiwi, Orangen,  usw. enthalten  Fruchtsäuren . In Äpfeln ist z.B. neben der für uns wichtigen Ascorbinsäure (Vitamin C), Äpfelsäure, Citronensäure und Weinsäure enthalten. Auch deshalb mögen wir Obst wahrscheinlich so gerne; denn der fruchtig-saure Geschmack wirkt herrlich erfrischend.

 

Kochen ohne Säuren kann ich mir überhaupt nicht vorstellen. In Salatsoßen nehme ich mal die verschiedensten Essigsorten (also die verdünnte Essigsäure) gerne auch die in Citronen und Limetten enthaltene Citronensäure und im Moment auch sehr gerne die Fruchtsäuren z.B. der Orangen oder Äpfel. Tipp: Mich verwundert immer, wenn ich ein neues Rezept lese, dass dort nie erwähnt wird, dass zur Herstellung einer Salatsoße Salz und Zucker erst im Essig, Citronen-, Orangensaft etc. gelöst werden sollten, bevor man mit dem Oel eine Emulsion herstellt. Salze, auch das Kochsalz (Natriumchlorid), sind aufgrund ihrer Ionenbindung hydrophil, also wasserliebend und lipophob, also fettabweisend. Zum Gelingen einer schmackhaften Salatsoße ist das deshalb schon wichtig zu wissen, dass sich Zucker (Saccharose) und Salz im Oel praktisch nicht auflösen.

 

Säuren aus Früchten und Pflanzen haben die Menschen sogar schon im Altertum verwendet, um ihre Speisen schmackhaft zu machen. Mittlerweile wird beim Kochen ganz bewusst wieder darauf geachtet durch Zugabe von Säuren den Geschmack abzurunden. Im Altertum war ebenfalls schon bekannt, dass man Speisen mit Säuren haltbar machen kann. Das nutzen wir ja noch heute beim Einlegen, nicht nur von Gurken, und beim Marinieren aus. Auch die in vielen Milchprodukten wie Yoghurt, Quark, Käse oder Sauerkraut enthaltene Milchsäure ist hier nicht nur geschmacklich interessant, sondern macht die Speisen ebenfalls haltbarer.

 

Aufgrund der Farben des Rotkohlsaftes lässt sich also erkennen, dass das Gemisch aus allen Säuren und Laugen, s. meinen ersten Blog-Artikel, sauer reagierte, erkennbar an dem Rotton. Unser Leitungswasser zeigt durch seinen Blauton an, dass es schwach sauer reagiert, das Citronenspülmittel reagiert offensichtlich neutral. An der gelben Verfärbung des Rotkohlsaftes mit dem Abflussreiniger ist erkennbar, dass dieser, aufgrund der enthaltenen Natronlauge, stark alkalisch reagiert. Somit ist er stark ätzend und muss mit Vorsicht verwendet und so sorgfältig aufbewahrt werden, dass kein Kind es aus Versehen benutzt. Besser ist sicherlich alternative Abflussreiniger zu verwenden, die zwar langsamer wirken, aber auch das Grundwasser nicht belasten. Dazu gibt es enzymhaltige Abflussreiniger oder du arbeitest nach dem oben angegebenen Rezept.

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Di

01

Jan

2013

Wunderkerzen, Feuerwerk - chemisches Farbspiel der Metalle (2013)

Wunderkerzen und Feuerwerk - faszinierende Verbrennungen von Metallen

Weihnachten hängen wir immer mal wieder gerne auch Wunderkerzen in den Baum, um uns an den sternenförmigen Funken, die sie beim Entzünden entwickeln, zu erfreuen. Dieses Funkensprühen kannst du auch ein wenig sehen, wenn du Eisenwolle in die Kerzenflamme hälst. Das siehst du auf den beiden rechten Fotos. Es ist allerdings viel deutlicher, wenn du Eisenpulver in die Flamme bläst. Nun haben wir in unserem Haushalt zwar Eisenwolle, weil wir sie zum Reinigen der Glasscheiben unseres Kamins verwenden, aber kein Eisenpulver. Das Eisenpulver ist neben Aluminiumpulver und einem Nitrat (Salz der Salpetersäure) als Sauerstofflieferant, Bestandteil der Wunderkerzen. Da bei dieser Art der Verbrennungen keine Flammen zu sehen sind, nennt man diesen Vorgang, an dem wir uns erfreuen, Verglühen.  Nach dem Verglühen der Eisenwolle sieht sie nicht mehr silbergrau und glänzend aus sondern ist nun dunkelgrau und matt. Kannst du dir das erklären? Ist aus der Eisenwolle ein neuer Stoff entstanden?

 

Eine noch größere Faszination hat auch in diesem Jahr wieder das Sylvester-Feuerwerk in aller Welt ausgelöst und ich hatte auch wieder viel Freude an den sternenförmigen Funken und bunten Kugeln, die von den Feuerwerksraketen in den Himmel stiegen.  Auch hier wird die Funkenbildung des Eisen- und Aluminiumpulvers wieder für hübsche Effekte, z.B. den Funkenschweif, genutzt. Die wunderschönen Farbeffekte allerdings, das Rot (Lithium, Rubidium Strontium), Blau (Cäsium), Grün (Barium), Orange (Calcium), Gelb (Natrium) und Violett (Kalium) werden von Verbindungen der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle erzeugt, deren Namen du in den Klammern findest. Hättest du mit Metallen so ein Farbspiel verbunden? Diese charakteristischen Flammenfärbungen können sogar zum Nachweis dieser chemischen Elemente genutzt werden.

 

Zum Überlegen/Vertiefen:

  • Kannst du dir erklären warum in der Kerzenflamme kein Eisennagel glüht aber Eisenwolle und noch besser Eisenpulver?
  • Weißt du welche Rolle der Sauerstoff bei diesen Reaktionen spielt und wo er herkommt?
  • Weißt du wozu der Lichteffekt des Erdalkalimetalls Magnesium genutzt wird und wurde?
  • Weißt Du, dass und warum Magnesium-, Aluminium- und Erdalkalibrände weder mit Wasser noch mit Kohlendioxid oder dem Inhalt von Pulverlöschern gelöscht werden können?

Wenn Dich die Antworten interessieren, schaue doch mal wieder hinein in meinen Blog.

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Do

27

Dez

2012

Rotkohlexperimente - ein erklärbares Farbenspiel (2012)

Gemüsekohl auf Helgoland
Hier kann man die Wildpflanze Gemüse-Kohl auf Helgoland sehen. Das Bild habe ich aus der wikipedia entnommen. [Kulac, CC-BY-SA-2.5 and GNU FDL]

Rotkohl, Broccoli etc. - Kulturformen einer einzigen alten Wildpflanze

Überrascht war ich, als ich im Schmeil-Fitschen las, dass die für mich doch recht unterschiedlichen Kohlsorten wie Rotkohl, Grünkohl, Wirsingkohl,  Weißkohl, Blumenkohl und Kohlrabi alle Kulturformen einer einzigen alten Kulturpflanze sind, des Gemüse-Kohls. Dieser Gemüse-Kohl, botanisch Brassica oleracea L., wächst wild nur noch auf Helgoland, mit schwefelgelben Blüten. Im Unterschied zu den anderen Sorten enthält der Rotkohl aber einen wasserlöslichen Farbstoff aus der Gruppe der Anthocyane, der ihm seine besondere Farbe verleiht und das Farbenspiel bei unterschiedlichem pH-Wert ermöglicht.

Rotkohl ist also ein natürlicher Indikator

Als ich zum ersten Mal mit Rotkohl und verschiedenen Säuren und Laugen experimentierte, war ich verblüfft, dass der Rotkohl  nicht nur anzeigen kann, ob eine Lösung sauer, neutral oder alkalisch reagiert sondern, dass er durch eine jeweils andere Farbe auch zeigen kann, ob eine starke oder schwache Lauge oder Säure vorliegt. Rotkohl ist also aufgrund seines enthaltenen Farbstoffs nicht nur ein natürlicher  Indikator, sondern sogar ein natürlicher Universalindikator. Einfacher und genauer kann den pH-Wert allerdings das Universalindikatorpapier anzeigen, da es mit einer jeweils anderen Farbe auf einen  pH-Wert zwischen 1 und 14 als Maß für die Stärke von Laugen und Säuren reagiert.

Weitere Experimente mit Rotkohlsaft - Ergebnis

 

In dem Glas ganz links siehst du welche Farbe beim Mischen aller sechs Gläser entstanden ist. Das war für mich nicht voraussagbar, also überraschend und ist nicht reproduzierbar, da ich ja keine genauen Mengen und Konzentrationen der Lösungen verwendet habe.Das heißt auch, dass du bei deinem Experiment eine andere Farbe erhalten kannst.

Kannst du denn jetzt schon sagen, ob diese so entstandene Mischung sauer, alkalisch oder neutral ist, warum du mit Abflussreinigern vorsichtig umgehen solltest und was du z.B. zur Mischung dazugeben könntest, um die grüne Farbe auf dem zweiten Foto zu erreichen? Auf dem Foto ganz rechts habe ich dann wieder eher die Farbe des Rotkohlsaftes hergestellt, indem ich Essig zugegeben habe. Weißt du, warum es dann so schäumt?

Willst du die Lösungen wissen, schaue mal wieder hinein in meinen Blog.

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Mi

26

Dez

2012

Experimentieren mit Rotkohl (2012)

Rotkohl oder Blaukraut

Zu Weihnachten haben wir traditionell zur Pute wieder Rotkohl gegessen. Durch die Art der Herstellung habe ich entschieden, dass ich den Rotkohl, eine Kulturfom des Gemüsekohls, rot und nicht blau serviere. Da wir ihn gerne als Rotkohl und nicht als Blaukraut essen, habe ich bei der Zubereitung u.a. Zitrone und Essig zugegeben. Als ich in den Topf, in dem der Rotkohl gekocht wurde, anschließend zum Spülen etwas Spülmittel gegeben habe, war deutlich zu sehen wie der Rotkohl seine Farbe nach blau änderte.

Könnte ich daraus also auch Grünkohl bzw. Grünkraut oder Gelbkohl bzw. Gelbkraut herstellen?

Vielleicht möchtest du dazu mit den äußeren Blättern, die sowieso sonst eher im Müll landen, ein wenig experimentieren. Daran haben mE Große und Kleine Spass.

 

Rotkohlexperimente

1. Rotkohlsaft herstellen:

Zerkleinere einige Rotkohlblätter mit einer Schere und gib sie in einen Topf. Gieße so viel Wasser an, dass sie gerade bedeckt sind und koche kurz auf.

Gieße die Mischung durch einen Kaffeefilter in ein darunter stehendes Glas. Sollte das entstehende Filtrat, also der Saft, der im Glas ist, nicht durchscheinend sein, verdünne ihn mit Wasser und gieße dann in sechs gleichgroße Gläser ca. die gleiche Menge des farbigen Rotkohlsaftes. Das ist wichtig, um die Farben genauer vergleichen zu können. Wirf den Rest des Saftes nicht weg, sondern verwahre ihn für eventuell weitere Experimente im Kühlschrank. So ist er einige Tage haltbar.

2. Experimentieren mit dem Rotkohlsaft - ein Farbenspiel

Lasse ein Glas mit dem Rotkohlsaft als Vergleichslösung immer stehen. In die anderen Gläser kannst du Lösungen verschiedener Haushaltsmittel geben, von denen du annimmst, dass sie Säuren oder Laugen enthalten. So kannst du sehen wie sich die Farbe des Rotkohlsaftes durch sie verändert.

Wichtig: Lasse Kinder nicht mit Abflussreiniger experimentieren und achte immer auf die Gefahrstoffzeichen der Stoffe, die du verwenden willst!

Ich habe zur Anschauung folgende Stoffe getestet: Abflussreiniger, Essig, Soda, Spülmittel, Zitronensaft. Hier siehst du die Ergebnisse:

3. Weitere Experimentvorschläge - Welche Ergebnisse erwartest du?

  • Was passiert wohl, wenn du alle Farblösungen miteinander mischt?
  • Was passiert, wenn du in die so erhaltene Mischung Sodalösung gibst?
  • Was erwartest du, wenn du anschließend Essig zugibst?
  • Lassen sich mit Rotkohlsaft auch Eier oder Stoffe färben?

Experimentiere selbst oder schau mal wieder herein in meinen Blog.

 

4. Wie lassen sich die unterschiedlichen Farben erklären? Hilft mir das im Alltag?

Auch das kannst du demnächst in meinem Blog nachlesen.

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