Kurze Fragen - Kurze Antworten
Aus dem E-Mail-Korb von Professor Blume

E-Mail-Gruppe 268
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1496
F: Welchen chemischen Stoff könnten wir anstatt Ammoniumchlorat bei folgendem Versuch für Jugend-forscht verwenden? Ist es überhaupt möglich?

Versuch: Feuerwerk mit Eis

Geräte: Keramikdrahtnetz, Tiegelzange, Glasstab, Spatel, je ein 5ml- und ein 25ml-Gläschen, Filterpapier, Schutzbrille, Schutzhandschuhe
Chemikalien: Zinkstaub, Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorat, Eiswürfel, Bariumnitrat

Versuchsdurchführung: 4g Zinkstaub werden in das 5ml-Gläschen eingefüllt, im größeren Gläschen mischt man 4g Ammoniumnitrat mit 1g Ammoniumchlorat sowie 0,5g Bariumnitrat, Beide Gefäßinhalte werden vorsichtig auf einem Blatt Filterpapier vermischt (nicht reiben!) und auf der feuerfesten Unterlage zu einem Kegel aufgeschüttet. Man „zündet" mit ein bis zwei kleinen Eiswürfeln (Schutzbrille!), die mit der Tiegelzange dem Kegel aufgesetzt werden. Nach wenigen Sekunden beobachtet man eine Funken sprühende, vom Bariumnitrat schwach grün gefärbte Stichflamme.


A: Ich vermute, dass ihr oder der, von dem die Vorschrift stammt, da etwas falsch abgeschrieben hat. Es muss heißen: Ammoniumchlorid. Es kann sein, dass der Autor das Apothekerlatein (die sagen nämlich Chloratum für Chlorid) nicht beherrscht.

Hier ist eine richtige Vorschrift: gefahr/gefv_03.htm. Das (übrigens giftige!) Bariumnitrat braucht nicht dabei zu sein, weil die Flamme durch das Zink sowieso leicht grünlich ist.


1497
F1: Können Sie mir bitte genau erklären, wie Ethandiol als Frostschutzmittel? Das Problem besteht für mich darin, dass Ethandiol auch Wasserstoffbrückenbindungen eingehen kann und daher eher für eine Stabilisierung sorgen müsste. Warum funktionieren nicht auch andere "Störstoffe" mit relativ hoher Siedetemperatur?
Ich hoffe, Sie verstehen mein Problem und können mir helfen.


A1: Der Begriff „Frostschutzmittel“ ist genau genommen irreführend. Denn sie schützen nicht vor Frost; der wirkt als atmosphärisches Phänomen voll ein. Sie verhindern nur das Gefrieren, also die Bildung von Eis. Eis hat ein um 1/9 größeres Volumen als flüssiges Wasser und kann deshalb z. B. Automotoren, die mit Wasser gekühlt werden, platzen lassen. Andererseits soll das Wasser flüssig bleiben, z. B. in Scheibenwaschanlagen.

Um zu verstehen, wie Gefrierschutzmittel wirken, müssen Sie Folgendes wissen:

1. Das gebildete Eis besteht aus reinem Wasser.
2. Die Moleküle oder Ionen der gelösten Stoffe üben mit den Molekülen des Wassers relativ starke Wechselwirkungen aus. Sie bilden z. B. Wasserstoffbrücken, oder zwischen ihnen wirken elektrostatische Ion-Dipol-Kräfte.

Wenn sich solche gelösten Stoffe im flüssigen Wasser befinden, so müssen zur Eisbildung deren Wechselwirkungen mit den Wassermolekülen überwunden werden. Die dazu notwendige Energie wird aus dem System entnommen; es kühlt sich ab. Das führt aber auch dazu, dass sich Eis aus der Lösung erst bei tieferen Temperaturen bildet als aus reinem Wasser. Die Lösung bleibt deshalb bei tieferen Temperaturen als 0 °C flüssig.

Dahinter steckt das thermodynamische Prinzip der Gefrierpunktserniedrigung.

Als Frostschutzmittel wirkt nicht nur Glykol (Ethandiol), sondern auch Ethanol, Essigsäure oder Salze. Genau genommen ist jeder sich in Wasser lösende Stoff „frostschutzaktiv“. Man muss jedoch die Nachteile und Vorteile gegeneinander abwägen. Ethanol hat einen zu hohen Dampfdruck, gast also aus dem Wasser, das es „schützen“ soll, aus. Salz ist ausgesprochen fördernd für Korrosionsprozesse. Gleiches gilt für Essigsäure.

Lesen Sie auch nach, wie Kältemischungen funktionieren. Oder was das Streuen von Salz zur Bekämpfung von Eis bewirkt.


F2: Vielen Dank für Ihre Antwort. Mir bleibt nur eine Frage: Warum bilden Wassermoleküle mit Störmolekülen vermischt keine Eisstruktur aus, zumal die Störmoleküle (z.B. Ethandiol) Wasserstoffbrückenbindungen mit den Wassermolekülen ausbilden.
Warum bildet nur reines Wasser eine Eisstruktur aus?


A2: Die Entstehung eines Kristalls setzt die Bildung eines hochgeordneten Kristallgitters voraus. Das gibt es nur, wenn die Bausteine zusammenpassen. Wenn sich jedoch die großen Moleküle von Glykol dazwischen schieben, kann sich kein Kristallgitter aus Wasser bilden! Es gibt nur wenige Stoffe, die sich im Kristallgitter vertreten können. Bei den Salzen hat man das häufiger; Beispiel Alaune. Aber die komplizierte Struktur des Wasserkristalls erlaubt das nicht. Da ist Wasser ziemlich eigen…
Schauen Sie in diese Webseite. Dort ist das Kristallgitter von Wasser-Eis abgebildet.


1498
F: In der Schule muss ich ein Referat über die Herstellung von Bier vortragen.Ich hab von Ihrer Seite und von anderen Seiten viele Infos bekommen unteranderem von Wikipedia, das das Abfüllen heutezutage mit dem Gegendruck-Verfahren statt findet.Ich hab allerdings keinerlei Vorstellung wie dieses Verfahren funktioniert.Können Sie mir da evtl. weiter helfen???Vielleicht auch mit einer Aufbau-Skizze???


A2: Es gibt in der Technik viele ganz unterschiedliche Verfahren, die so benannt werden.
Sie meinen wohl folgendes: Beim Abfüllen von gashaltigen Getränken wie Bier oder Sekt tritt das Problem auf, dass ein Teil des charakteristischen Gases (CO2) entweicht. Um das zu vermeiden, bedient man sich des Gegendruckverfahrens. Man baut deshalb zunächst im ganzen Füllsystem, also auch in der zu füllenden Flasche, mit CO2 einen Druck auf. Dann fällt die an CO2 gesättigte Gärungsflüssigkeit verlustfrei in diese Flasche hinein. Anschließend wird die Flasche druckfest verschlossen.

Zur Beschreibung der technischen Durchführung klicken Sie hier.
Ich bin jedoch kein Verfahrenschemiker. Eine Skizze liegt mir deshalb nicht vor. Aber die gibt es sicherlich bei einer Brauerei oder Sektkellerei. Vielleicht können Sie da auch ein Foto schießen…


1499
F: Betreff: Frage: Getränk mit Farbänderung?

Hallo,
ich suche einen Lebensmittelfarbstoff o.ä. unbedenklich Substanzen, die in einem Getränk einen Farbumschlag erzeugen können. Dabei habe ich als erstes an den Farbumschlag von Lebensmittelfarben bei der ph-wert Änderung gedacht? Zunächst hab ich Patentblau benutzt, dies hat aber erst bei einem sehr niedrigen für Getränke ungeniesbaren bzw. soagr gefährlichem ph-wert eine Änderung nach Gelb gezeigt. Auch Rotkohl mit Cyanidin ist deswegen eher unbefriedigend.
Gibt es andere Lebensmittelfarbstoffe, die nahe ph-wert von 7 einen Umschlagsbereich haben?
Oder gibt es andere ungiftige Reaktionen, die einen wirklichen Farbumschlag z.B. vob blau nach gelb o.Ä., bewirken können?


A: Mir ist kein Stoff dieser Art bekannt. Außerdem ist das Färben von Lebensmitteln nicht ohne weiteres möglich. Sie werden bei Ihren Gästen wegen der chemischen Zusätze auch auf starke Ablehnung stoßen. Lesen Sie dazu auch unsere Antwort auf die Frage 1473.


1500
F1: Bei uns soll eine Sendeanlage für Handys gebaut werden. Wir haben eine Initiative dagegen ins Leben gerufen. Viele (auch Ärzte!) sagen, das wäre gar nicht so schlimm. Können Sie uns wissenschaftlich unterstützen? Wir suchen jemanden, der über die schädlichen Wirkungen der Handystrahlung Bescheid weiß.


A1: Der „Visitenkarte“ auf Ihrer Anfrage-E-Mail entnehme ich, dass Sie als Kontakt-Telefon Ihrer Bürgerbewegung eine Handy-Nummer angeben: 0152…. Wie viele Handys haben Sie denn zu Hause?


F2: Drei. Ich habe zwei Kinder, um die ich mir Sorgen mache, und eine Frau. Warum fragen Sie?


A2: Nach meinen Informationen gibt es keine wissenschaftlich relevante Studie, die die Schädlichkeit der Strahlung beweist.
Aber nun mal im Ernst: Ich verstehe nicht, was Sie überhaupt gegen die Sendeanlagen haben. Ohne die funktionieren Ihre Handys und Ihre Familie doch gar nicht.

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Letzte Überarbeitung: 10. Dezember 2007, Dagmar Wiechoczek