(Vor-) Weihnachtliche Experimente für zuhause
Ich möchte dich ermuntern, selbst Wissenschaft zu betreiben und zuhause im Kreis deiner Familie einige nette und verblüffende Experimente durchzuführen. Alle Versuche kannst du mit Substanzen ausführen, die du bei dir daheim hast und die in der Weihnachtszeit in jedem Haushalt zu finden sind. Bevor wir beginnen, noch ein Wort zur Sicherheit: Alle Experimente sind harmlos. Trotzdem solltest du Vorsicht walten lassen, und Kinder nicht damit alleine lassen.
Ach ja, noch etwas: im Kitzbüheler Anzeiger, Ausgabe 09.12.2016, wurden vier Experimente vorgestellt. Als besonderen Bonus findest du hier ein weiteres.
Experiment 1: Faszinierende Lavalampe
Experiment 2: Verhexte Mandarinenschalen
Experiment 3: Tanzende Rosinen
Experiment 4: Springende Flammen
Experiment 5: Bizarre Eiskugeln
Zum Vergrößern der Bilder einfach drauf klicken.
Viel Spaß!
Anleitung:
Fülle das Wasser in die Flasche. Gib ein paar Tropfen Lebensmittelfarbe hinzu, damit es schön anzusehen ist (für das Funktionieren des Experiments ist die Lebensmittelfarbe nicht nötig). Leere nun das Öl langsam und vorsichtig hinzu. Du wirst sehen, wie das Öl auf dem Wasser schwimmt. Warte, bis es wieder klar ist. Nun zerbrich eine Brausetablette und lass die Teile in die Flasche fallen. Und schon hast du eine eigene Lavalampe.
Erklärung:
Ein Gegenstand schwimmt im Wasser, wenn seine Dichte geringer ist, als jene des Wassers. Auch eine Flüssigkeit schwimmt auf der anderen, wenn ihre Dichte geringer ist. Die Dichte ist das Maß für das Verhältnis zwischen Masse und Volumen. Ein Block Styropor wiegt viel weniger als ein gleich großer Holzblock. Daher hat Styropor eine bedeutend geringere Dichte. Genauso verhält sich Öl zu Wasser. Die Dichte des Öls ist geringer als jene des Wassers, also schwimmt es oben auf. Brausetabletten fallen bis zum Boden der Flasche. Sie enthalten Stoffe, die im Wasser CO2, also Kohlendioxid (korrekt: Kohlenstoffdioxid), abgeben. Das CO2 steigt auf und bildet so Blasen im Öl, die auch gefärbtes Wasser mitnehmen. Oben wird das CO2 abgegeben und das Wasser sinkt wieder zurück. Du kannst das Experiment mit neuen Tabletten mehrmals wiederholen.
Tipp: Besonders schön wirkt es, wenn man die Flasche von unten beleuchtet.
Anleitung:
Fülle die Flasche bis zum Rand mit Wasser. Bitte achte darauf, dass keine oder kaum mehr Luft in der Flasche verbleibt. Stopf nun das Stück Mandarinenschale hinein. Schraube die Flasche gut zu und warte eine Minute. Nun drücke die Flasche (wirklich) fest und lang zusammen. Wie verhext wird die Mandarinenschale bis auf den Boden der Flasche absinken. Nimmst du den Druck von der Flasche weg, wird die Schale wieder bis nach oben ansteigen. Faszinierend, nicht wahr?
(Sollte es nicht gleich funktionieren, warte etwas länger oder lass ein wenig mehr Luft in die Flasche. Oder drückst du vielleicht zu wenig kräftig?)
Erklärung:
Die Mandarinenschale hat eine geringere Dichte als Wasser, also schwimmt sie oben auf. Wenn du genau hinschaust, siehst du, dass sich in der Schale unzählige Bläschen befinden. Sie reihen sich dicht aneinander. In diesen Bläschen ist viel Luft. Wasser hat die besondere Eigenschaft, dass es nicht zusammenpressbar ist. Wenn du nun starken Druck auf die Flasche ausübst, überträgt sich dieser auf die Mandarinenschale. Die Luftbläschen werden dadurch stark komprimiert. Die Masse der Mandarinenschale bleibt die gleiche, aber durch den Druck nimmt sie nun ein geringeres Volumen ein. Damit steigt ihre Dichte über jene des Wassers und sinkt nach unten. Du kannst das Experiment so lange wiederholen, bis die Bläschen alle geplatzt sind; dann wird die Schale nicht mehr aufsteigen.
Tipp: Die Mandarine essen
Anleitung:
Fülle Mineralwasser in das Glas. Lass ein paar Rosinen hinein fallen. Auf den Rosinen bilden sich rasch kleine Bläschen. Nach kurzer Zeit beginnen die Rosinen tanzend nach oben zu steigen. Sobald sie die Wasseroberfläche erreicht haben, sinken sie wieder nach unten und das Spiel beginnt von vorne. Schon bald herrscht ein fröhliches Chaos an tanzenden Rosinen im Glas.
Erklärung:
Wenn man Weintrauben zu Rosinen trocknen lässt, verdunstet das Wasser der Frucht durch die Haut nach außen. Die Haut bleibt dabei intakt. Nun hat die Rosine immer noch die gleiche Oberfläche, aber nur mehr einen Bruchteil ihres Volumens als Traube. Die Haut braucht Platz und verschrumpelt daher zu einer verhutzelten, faltigen Hülle. Im Mineralwasser ist instabile Kohlensäure enthalten. Öffnet man die unter Druck stehende Flasche, so zerfällt die Kohlensäure sofort in CO2 und Wasser. Die Kohlendioxidbläschen wollen aufsteigen, verfangen sich aber in den Falten der Rosinen und nehmen sie mit nach oben. Sobald sie die Oberfläche erreichen, geben sie das CO2 an die Luft ab und die Rosinen sinken wieder nach unten. Manchmal erreichen sie den Boden gar nicht und werden unterwegs schon wieder geschnappt und nach oben mit genommen.
Tipp: Probiere unterschiedliche Rosinenarten aus. Das Experiment funktioniert am besten, wenn das perlende Mineralwasser ganz frisch ist.
Im letzten Blogartikel haben ich darüber geschrieben, woraus eine Flamme aufgebaut ist, wie das Verbrennen funktioniert, und welche chemischen und physikalischen Prozesse darin stattfinden. Daher passt es nun gut, wenn wir ein kleines Experiment mit einer Flamme anstellen. Bitte achte darauf, Kinder das Experiment nicht alleine durchführen zu lassen.
Anleitung:
Blase die Kerze aus. Entzünde das Streichholz und bewege es ein, zwei Zentimeter über den Docht in den aufsteigenden Rauch. Die Flamme wird wie von Zauberhand auf den Docht überspringen und diesen wieder entzünden.
Erklärung:
Wie wir im letzten Artikel gelernt haben, ist es nicht der Docht, der in einer Flamme verbrennt, sondern verdampftes Kerzenwachs. Wenn man nun die Flamme ausbläst, steigt noch einige Zeit lang heißer, nicht sichtbarer Kerzenwachs-Dampf auf, der immer noch Temperaturen bis 800 °C aufweist und sich daher wieder leicht entzünden lässt. Die Flamme folgt dem aufsteigenden Wachs-Dampf-Strom nach unten, bis sie auf den Docht trifft, welcher sofort wieder zu brennen beginnt.
Tipp: Miss die Zeit, wie lange man nach dem Ausblasen der Kerze den Wachs-Dampf-Strom noch entzünden kann.
Anleitung:
Gib ein paar Tropfen der Lebensmittelfarbe in einen Luftballon. Fülle den Luftballon anschließend mit Wasser. Am besten geht das, wenn man zuvor den Ballon dehnt, indem man ihn kurz aufbläst und die Luft wieder entweichen lässt. Das ganze natürlich, bevor man die Lebensmittelfarbe hinein tropfen lässt. Fülle den Ballon so weit, dass er ungefähr so groß wie deine Handfläche ist.
Jetzt muss das Wasser im Ballon erst einmal frieren. Im Winter einfach raus auf die Terrasse oder den Balkon legen. Sollte es zu warm sein, das Gefrierfach nutzen. Nun ist Geduld gefragt. Natürlich kann man das Wasser im Ballon richtig durchfrieren lassen. So erhält man schöne, bunte Eiskugeln, die sich auch gut als Gartendekoration eignen. Wir wollen aber das Wasser nicht vollständig gefrieren lassen. Im Inneren sollte es noch flüssig sein.
Nun heißt es, den steif gefrorenen Ballongummi vorsichtig zu entfernen, ohne das Eis zu zerstören. Als letzten Schritt klopft man die färbige Eiskugel vorsichtig auf und lässt das restliche Wasser ausrinnen. Betrachte jetzt das Eisgebilde. Es zeigen sich bizarre Eisfiguren und -strukturen, die scheinbar chaotisch gewachsen sind.
Erklärung:
Das Wasser friert von außen nach innen, und zwar im Ballon von allen Seiten gleichzeitig. So bildet sich zuerst eine Eisschale um das flüssige Innere. Solange der Ballongummi selbst noch nicht steif gefroren ist, kann er sich noch mit dem Eis etwas dehnen. Mit der zunehmenden Unterkühlung des Wassers im Inneren des Ballons beginnen sich Eisfäden, Eisriegel und Eisfilamente nach innen zu bilden. Sie wachsen entlang kleiner Unebenheiten und Fehlstellen im Ballongummi. Da das Eis selbst ebenfalls unregelmäßig wächst, entstehen kleine Spitzen, die rasch neues Eis anlagern. So entstehen blattartige Strukturen. Durch die Lebensmittelfarbe lassen sich diese Strukturen leichter erkennen.
Tipp: Lass ein paar Ballonkugel vollständig gefrieren. Auch hier entstehen diese Filamente und Eisblätter, doch stecken diese nun im umgebenden Eis. Betrachtet man diese Eiskugeln gegen helles Licht, scheinen die Strukturen durch das klare Eis. Die Strukturen binden die Farbe der Lebenmittelfarbe besser. – Und nun zerschlage eine Kugel mit einem Hammer und betrachte das Innere der farbigen Kugeln. Fotos davon gibt es in der Galerie.
Link zu mehr Fotos: Faszinierende Eisstrukturen und Eiskugeln
Hast du Fragen zu den Experimenten, dann schreibe sie einfach unten in die Kommentare.