Jungchemikerforum Stuttgart

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Kindergartenexperimente

Lange Zeit war es üblich, naturwissenschaftliche Phänomene erst spät im Schulalter den Kindern zu erklären. Dadurch sind oft große Abneigungen gegen diese Fächer entstanden. Aber gerade in den Fächern Physik und Chemie können viele Inhalte schon früh spielerisch vermittelt werden, sogar schon im Kindergartenalter. Zum Einen kann damit das Interesse an solchen Fächern geweckt und/oder verstärkt werden, zum Anderen können die Kinder wissenschaftliches Arbeiten kennen lernen. Ein Anliegen des JCF Stuttgart ist es daher schon lange, Experimente zusammen mit Kindern durchzuführen und auf einfache Erklärungsmodelle zurückzugreifen. Im Zusammenhang mit der Vorbereitung für ein solches Vorhaben, konnte eine Kooperation mit der Evonik Industries AG etabliert werden. Evonik Industries AG engagiert sich schon seit längerem auf diesem Gebiet und gründete das Young Spirit Programm. Durch unsere Zusammenarbeit erhalten wir Materialien und Schulungen von Evonik Industries AG seit Sommer 2011 gestellt. Seit dieser Zeit waren wir schon viele Male in verschiedenen Kindergärten und führten verschiedene Experimente durch. Im Folgenden werden einige beliebte Experimente genauer vorgestellt.

Schutzwirkung von Zahnpasta

In diesem Versuch soll die Wirkung einer Zahnpasta verdeutlicht werden. Dabei wird ein hartgekochtes Ei in Essig gelegt. Dabei löst sich die Eierschale langsam auf, da die Eierschale zum Großteil aus Calciumcarbonat (Kalk) besteht. Der Zahnschmelz ist dabei aus einem ähnlichen Material (Apatit; enthält auch Calcium) aufgebaut und somit schädigt die Säure ebenfalls den Zahn. Nun wird etwas Zahnpasta auf einen Teil der Eierschale aufgetragen und wieder in Essig eingelegt. Dabei stellt man fest, dass die Stelle mit der Zahnpasta unversehrt bleibt.


Anmerkung: Beim Einlegen der Eierschale in Essig reagiert das Carbonat mit der Säure zu Kohlenstoffdioxid, welches als Bläschen an der Eierschale zu sehen ist. Der Zahnschmelz (Apatit) enthält kein Carbonat, weswegen das „Auflösen“ um einiges länger dauert. Zudem kann der Zahnschmelz, welcher zum Großteil aus Hydroxylapatit besteht, mit Fluorid zu Fluorapatit umgewandelt werden, welcher um einiges resistenter gegen äußere Einflüsse ist. Deswegen ist in Zahnpasta auch immer eine Fluoridquelle. Zudem wird in Deutschland meist das Speisesalz mit Fluorid angereichert, um so den Zahnschmelz zu härten. Theoretisch müsste der Versuch mit jeder Zahnpasta funktionieren, jedoch ist meist die Fluoridkonzentration recht gering. Deswegen verwenden wir Elmex-Gelée, da hier die Fluoridkonzentration recht hoch ist.

Papierchromatographie

Ein sehr beliebter Versuch bei Kindern und auch Erwachsenen ist die Papierchromatographie. Zunächst wird mit den Kindern der Umgang mit der Pipette geübt. Danach werden zwei unterschiedliche, schwarze Filzschreiber gezeigt. Die etwas obligatorische Frage, welche Farbe die Stifte haben, wird meist korrekt beantwortet. Nachdem man jedoch Schwarz als Antwort in Zweifel stellt, sieht man doch oft Skepsis in den Gesichtern der Kindern. Die wichtigste Eigenschaft von Forschern bringen die Kinder also schon von Haus aus mit. Mit Hilfe eines Filterpapiers und etwas Wasser können anschließend die verschiedenen Farbstoffe des schwarzen Filzschreibers getrennt werden. Dabei zeigen die zwei verschiedenen Filzschreiben unterschiedliche Inhaltsstoffe. Als Erklärung für die Farbenvielfalt der schwarzen Farbe können einfach Wasserfarben erwähnt werden, welche die Kinder schon verwendet haben, um unterschiedliche Farben herzustellen. Das unterschiedliche Laufverhalten der Farbstoffe ist dabei etwas schwieriger zu erklären. Zunächst einmal wird festgestellt, dass das Wasser vom Auftreffpunkt auf dem Filterpapier nach außen läuft. Die Farbe wird dabei zum Teil mitgeschleppt, wobei die Farben unterschiedlich schnell laufen. Ähnlich wie Kinder, die schneller laufen in einer Einkaufsstraße mit dem Spielzeugladen im Blick im Vergleich als ihre Eltern. 

Superabsorber

Ein weiterer eindrucksvoller Versuch verwendet einen Superabsorber, wie er auch in Einmalwindeln Verwendung findet. Zunächst werden in Petrischalen drei verschiedene weiße Pulver ausgestreut und in einer etwas Watte ausgelegt. Bei den Pulvern erkennen die Kinder recht schnell, dass es Salz oder Zucker sein könnte. Mit Hilfe einer Lupe wird die Struktur der unterschiedlichen Materialien weiter untersucht. Dabei können vor allem Salz und Zucker auseinander gehalten werden und bei der Watte wird die fadenartige Struktur klar erkennbar. Als nächstes werden die Stoffe mit Wasser beträufelt und ihr Verhalten beobachtet. Die Watte kann dabei etwas Wasser aufnehmen, gibt es aber durch Druck wieder frei. Zucker löst sich relativ leicht im Wasser, Salz erkennbar etwas schwerer. Der letzte, unbekannte Stoff überrascht schließlich. Er saugt das Wasser auf und quillt dabei auf. Selbst unter Druck wird kein Wasser wieder abgegeben. Mit Hilfe der Watte kann das Verhalten des unbekannten Stoffes erklärt werden. 

Oberflächenspannung von Wasser

Die Effekte der großen Oberflächenspannung von Wasser begegnen einem immer wieder im Alltag. Sei es beim Sprung ins Schwimmbecken oder bei einem Glas, das etwas über den Rand hinaus befüllt wird. Bei diesem Versuch wird zunächst ein Glas bis zum Rand gefüllt.  Anschließend werden kleine Gegenstände (z.B. Münzen) in das Glas gegeben, wobei das Wasser jedoch nicht über den Rand des Glases läuft. Um diesen Effekt weiter zu untersuchen, wird Wasser langsam auf eine saubere Münze pipettiert, so dass sich eine kleine Wasserkuppel bildet. Mit einem Zahnstocher wird versucht, diese kaputt zu stechen. Taucht man die Zahnstocherspitze dabei vorher in etwas Spülmittel gelingt dies auch, da die Oberflächenspannung durch den Zusatz verringert wird.

Dichte als Maß des Schwimmens

Bei diesem Versuch geht es um den Begriff der Dichte und die damit verbundene Frage, warum manche Gegenstände auf dem Wasser schwimmen und manche nicht. Augenscheinlich würde man vermuten, dass schwere Gegenstände untergehen und leichte schwimmen. Das Gewicht allein ist jedoch nicht ausschlaggebend, denn die Dichte eines Gegenstandes / Materials  ist entscheidend. Dichte ist Masse, also Gewicht, pro Volumen. Hat ein Körper eine geringere Dichte als Wasser schwimmt er, wie das z.B. auch bei Eis der Fall ist. Beispielsweise gibt es auch schwimmende Steine (Bimsstein), die aufgrund vieler kleiner Poren im Gestein eine geringere Dichte als Wasser haben und somit an der Oberfläche schwimmen. Auch bei Schiffen spielt die Dichte eine entscheidende Rolle. Durch die Luft im Rumpf wird die Dichte des Schiffs herabgesetzt, wodurch selbst Schiffe mit mehreren 1000 Tonnen schwimmen können. Mit Hilfe von Knetmasse kann dieser Zusammenhang im Versuch verdeutlicht werden. Formt man die Knete zu einer Kugel, so geht diese direkt unter. Formt man die Knete hingegen zu einem Boot, so schwimmt sie. Das Gewicht ist in beiden Fällen gleich. Die Fähigkeit zu schwimmen kommt daher also von der Form.