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

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.

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.

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.

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.

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

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.

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

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.

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"
   

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.

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!

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.

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.

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.

Wo begegnet uns das Kohlendioxid?

Alltägliches:

• Kohlendioxid befindet sich zu ca. 0,3-0,4% in der Luft. Wir atmen Kohlendioxid aus; denn es entsteht bei der Zellatmung von Lebwesen. Es entsteht bei jeder Verbrennung organischer Stoffe, also u.a. bei der Verbrennung von Benzin, Diesel, Heizoel, Erdgas, Kerosin, Holz, Kohle usw.. Wahrscheinlich hast Du schon einmal gehört oder gelesen, dass Kohlendioxid auch eines der Treibhausgase ist, weil es u.a. für den Klimawandel verantwortlich sein soll.

• 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.

• Es bewirkt beim Backen das Aufgehen des Teiges, da Backhefe durch Vergärung und Backpulver durch Erhitzen Kohlendioxid entwickeln.

• Es wird bei der Lagerung von Obst verwendet und befindet sich in der Schutzatmosphäre für abgepacktes Obst und Gemüse.

Besonderes:

• Feuerlöscher: Da Kohlendioxid aufgrund seiner Dichte Sauerstoff verdrängen kann, wird es in einigen Feuerlöschern verwendet. (Allerdings eignet es sich nur zum Löschen bestimmter Brände, z.B. nicht zum Löschen von Metallbränden; s. auch meinen blog-Artikel: Feuer unter Wasser - ein Wunderkerzen-Versuch im neuen Jahr.

• 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.