Chemie-Experimente zum Tag der offenen Tür

Fettbrandexplosion

Vielleicht haben Sie bzw. hast du es schon selbst erlebt: Man ist in der Küche beim Kochen, gerade ist das Fett in der heißen Pfanne und dann klingelt das Telefon. Schnell hin! Könnte ja wichtig sein! Ist auch tatsächlich ein wichtiger Anruf, das Gespräch dauert einen Moment. In dieser Zeit wird das Fett in der Pfanne immer stärker erhitzt, es beginnt zu rauchen. Als das kurze Gespräch endlich vorüber ist und man wieder zurück in die Küche kommt ist der Schreck groß: Das Fett in der Pfanne brennt! Schnell den Herd aus! Und jetzt? Es brennt weiter! Na dann Wasser drauf! STOPP!!!
Das ist hochgefährlich, wie man im Video sehen kann.

Wie wahrscheinlich die meisten von uns bereits wissen, mischen sich Fett und Wasser nicht. Wasser besitzt außerdem eine höhere Dichte als flüssiges Fett, aus diesen beiden Gründen sieht man bei einer Suppe immer die sogenannten Fettaugen auf der Oberfläche schwimmen. Schüttet man nun Wasser in die Pfanne mit dem heißen Fett, so sinkt es aufgrund der höheren Dichte auf den Boden der Pfanne. Dort ist die Temperatur aber sehr hoch und das Wasser verdampft in dem Moment, in dem es dort ankommt. Das verdampfende Wasser schleudert nun das brennende Fett aus der Pfanne, dabei wird es in kleinste Tröpfchen zerteilt. Die fein verteilten Tröpfchen haben nun einen viel besseren Kontakt zum Sauerstoff aus der Luft und verbrennen deshalb explosionsartig, es entsteht eine Stichflamme.

Bitte nicht zu Hause nachmachen! Auch wenn dieses Experiment in die Reihe „Chemie zu Hause“ passt, so braucht es zur sicheren Durchführung einiges an Übung, eine Einrichtung, die vollständig feuerfest ist und Schutzausrüstung bzw. spezielle Arbeitsmaterialien, damit Unfälle vermieden werden können.

Eine Wolke aus Badeschaum…nein Schaum aus der Hölle!

Träume sind Schäume und unser Chemie-Badeschaum ist etwas ganz besonderes! In ihm wohnen zwei Gemüter: Er kann in einem Moment wie eine sanfte Wolke davonfliegen…und vielleicht auch den einen oder anderen Traum mitnehmen. Aber wehe, man geht ihm auf den Zünder, dann verwandelt er sich nämlich ganz schnell in einen kleinen Feuerteufel!

Was hat es mit unserem Schaum auf sich? Wir haben schlichtweg in gewöhnliches Wasser mit Spülmittel oder Badezusätzen unser Brennergas (Methan) eingeleitet. Da Methan eine geringere Dichte hat als Luft, steigt der so entstandene Schaum in normaler Raumluft auf, bis so viele der Methangasbläschen geplatzt sind, dass die restlichen Bläschen aufgrund des in ihnen vorhanden Wassers eine höhere Dichte haben als die Raumluft und der restliche Schaum sinkt wieder herab. Nähert man dem Schaum eine Zündquelle, so entzündet sich das Gas im Innern der Bläschen und verbrennt.

Aber warum kann man den Methan-Schaum einfach auf der Hand verbrennen lassen?

Ganz einfach: Das Wasser in den Schaumbläschen kühlt die Handfläche und schützt sie so vor der Verbrennungswärme. Außerdem benetzen wir vorher immer unsere Handflächen zusätzlich mit Wasser.

Hexenwachs

Wachs ist uns allen aus dem Alltag wohl bekannt und man würde denken, dass die größte Gefahr von der Flamme der Kerze ausgeht, wenn irgendein brennbares Material hineingerät. Früher gab es deshalb oft in der Weihnachtszeit häufiger Wohnungsbrände, als die Kerzen an den Weihnachtsbäumen noch echte Kerzen waren.

Aber auch von dem Wachs kann eine Gefahr ausgehen, wenn es in einem Gefäß heiß genug geworden ist und mit Wasser in Kontakt kommt.

In unserem Experiment haben wir das Wachs von einem Teelicht in einem besonders temperaturstabilen Reagenzglas stark erhitzt und dann sehr schnell in ein Becherglas mit Wasser bei Raumtemperatur gestellt. Das Experiment sieht zwar einfach aus, aber die Chemie dahinter ist nicht ganz so einfach:

Durch den großen Temperaturunterschied zwischen dem erhitzten Reagenzglas und dem Wasser im Becherglas bekommt selbst dieses spezielle temperaturbeständige Reagenzglas Risse und das Wasser dringt in das Glas ein. Dort verdampft es aufgrund der immer noch hohen Temperatur im Innern schlagartig. Da sich Wachs und Wasser nicht mischen schleudert das verdampfende Wasser das flüssige Wachs aus dem Reagenzglas und verteilt es in der Raumluft wie bei einem Zerstäuber einer Deo-Flasche. Aber das erklärt nur das Herausspritzen aus dem Reagenzglas, warum kommt es dann aber einen kurzen Augenblick später zu dieser explosionsartigen Verbrennung? Die Antwort ist simpel: Das Wachs entzündet sich selbst! Aber der Reihe nach…

Durch das starke und lange Erhitzen im Reagenzglas hat sich das Wachs teilweise zersetzt, es enthält nun hochreaktive Stoffe, sogenannte Wasserstoffradikale. Diese Radikale reagieren sofort ab, sobald sie genügend Sauerstoffkontakt außerhalb des Reagenzglases haben und verbrennen zu Wasser. Durch diese Reaktion wird so viel Wärme zusätzlich frei, dass sich die fein verteilten Wachströpfchen entzünden und es zu einer explosionsartigen Verbrennung kommt.

Bitte nicht zu Hause nachmachen! Auch wenn dieses Experiment in die Reihe „Chemie zu Hause“ passt, so braucht es zur sicheren Durchführung einiges an Übung, eine Einrichtung, die vollständig feuerfest ist und Schutzausrüstung bzw. spezielle Arbeitsmaterialien, damit Unfälle vermieden werden können.

Rotkohlsaft – ein Indikator für Säuren und Laugen

Zur traditionellen deutschen Küche gehört Rotkohl. Wobein Rotkohl vor allem hier bei uns im Norden Rotkohl heißt. Im Süden Deutschlands spricht man stattdessen meist von Blaukraut. Warum das? Die Antwort liegt in der unterschiedlichen Zubereitungsart. Rotkohl selbst erschient von Natur aus rötlich-violett. Kocht man Rotkohl ohne Zusätze aus, so entsteht eine taubenblaue Lösung. Im Norden Deutschlands werden dem Rotkohl oft Essig und saure Äpfel zugefügt, beide enthalten Säuren, nämlich die mittelstarke Essigsäure bzw. die schwache Äpfelsäure. Im Süden Deutschlands verzichtet man auf Äpfel und Essig, man fügt stattdessen Schmalz und Natron hinzu. Natron bildet in Wasser eine schwache Lauge. Eine Lauge entsteht beispielsweise auch beim Lösen von Seife in Wasser. Früher sprach man daher oft von Seifenlauge. Eine sehr starke Lauge – nämlich die Natronlauge – bildet sich, wenn man Rohrreiniger in Wasser löst.

Rotkohl enthält den Farbstoff Cyanidin. Dieser Farbstoff reagiert unterschiedlich, wenn Säuren oder Laugen anwesend sind. Solche Stoffe nennt man in der Chemie Säure-Base-Indikatoren. Gibt man Säuren hinzu, so verändert sich die chemische Struktur des Farbstoffes im Rotkohlsaft so, dass der zunächst bläuliche Farbstoff in neutralem Wasser nun in saurer Umgebung rot erscheint. Gibt man nun Lauge hinzu, so erhält man zunächst wieder die bläuliche Färbung, da die Säure neutralisiert wurde und der Farbstoff wieder in seiner ursprünglichen Struktur vorliegt. Wird mehr Lauge zugegeben, so verändert sich die Struktur des Farbstoffes erneut und er erscheint nun grün. Würde man nun wieder Säure hinzugeben…Sie ahnen es schon, du vielleicht auch, der Farbstoff würde wieder blau und schließlich rot. Bei Zugabe noch größerer Mengen Lauge färbt sich der Farbstoff sogar gelb. Dies ist allerding ein Hinweis, dass die Struktur des Farbstoffes dauerhaft verändert wurde und der Farbstoff als Indikator unbrauchbar geworden ist. Die Zugabe von Säure würde keine Farbumkehrung mehr zur Folge haben.