Kerzenlicht – ein chemisches Phänomen

Geschrieben am | 18. 12. 08

Candles mit CC-Lizenz von schani

Kerzen sind eine wunderbare Erfindung, selbst heute, wo sie ihre praktische Bedeutung als Lichtquelle nahezu verloren haben, erfreuen wir uns immer noch an ihrem warmen Licht. Vor knapp 150 Jahren hat das Kerzenlicht Michael Faraday, besser bekannt für seine Untersuchungen zu Elektrotechnik, dazu inspiriert eine ganze Vorlesung über die Chemie und Physik hinter der Kerze zu schreiben. Die zentrale chemische Frage dabei ist: Warum leuchtet die Kerze und warum ausgerechnet gelb?

Eine Kerze besteht aus Wachs und einem saugfähigen Docht. Zündet man die Kerze an, schmilzt das Wachs und wird von dem Docht aufgesogen. An der großen Oberfläche des Dochtes verdampft das Wachs und entzündet sich dann bei ausreichend hoher Temperatur. Wenn man genau hinschaut erkennt man auch, dass die Flamme nicht direkt am Docht anfängt, sondern etwas oberhalb vom Docht. Der Docht der Kerze brennt nicht.

Kerzenwachs ist im Prinzip ein Fett und Fette bestehen aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen in langen Ketten. Reagiert das Wachs mit Sauerstoff, dieser Prozess wird auch Verbrennung genannt, entstehen CO₂ und Wasser (H₂O). Allerdings verbrennt bei einer Kerze nicht der ganze Kohlenstoff zu CO₂, ein Teil wir nur zum Kohlenstoff (C) oxidiert. Das ist auch gut so, da wir Teilchen brauchen die Licht produzieren können.

Die Kohlenstoffatome werden von der Hitze der Verbrennung angeregt, dabei wechseln die Elektronen aus der Hülle in einen Zustand mit höherer Energie. Wenn sie diesen Zustand verlassen geben sie die Energie in Form von Licht wieder ab. Wichtig hierbei ist, dass die Elektronen in der Hülle nicht jeden beliebigen Energiezustand erreichen können, sondern nur bestimmte. Deshalb sind auch die Wellenlänge des abgegebenen Lichts immer gleich und somit die Farbe. Möchte man eine andere Farbe haben, braucht man andere Elemente. Das kennt ihr von Natriumdampflampen, von Neonröhren und Glühlampen. In jedem wird ein anderes Element angeregt, deshalb haben sie alle unterschiedliche Farben.

Zum Schluß kann ich euch noch das Buch von Faraday und die Kommentarfunktion empfehlen falls ihr noch mehr Wissen wollt.

Schnee und Eis

Geschrieben am | 15. 12. 08

Zerbrechlich von kleine gelbe Ente

Das, liebe LeserInnen ist keine Wettervorhersage.

Schnee und Eis faszinieren viele Menschen, jeden Winter aufs neue. Die Stille die mit frisch gefallenem Schnee einhergeht, oder auch die Schönheit von Eisblumen und Schneeflocken erfreut uns. Besonders dann wenn wir mit einer Tasse warmen Kakao in unserer Wohnung sitzen.

Eis und Schnee faszinieren auch ChemikerInnen. So hat Eis eine geringere Dichte als flüßiges Wasser. In eurem Kühlschrank macht sich das bemerkbar wenn die Wasserflasche die ihr darin vergessen habt platzt. Warum lässt sich anhand der molekularen Struktur von Wasser erklären.

Ein Molekül Wasser besteht aus drei Atomen, zwei Wasserstoffen und dazwischen ein Sauerstoff. Diese sind in einem Winkel von 120° zu einander angeordnet. Wenn Wasser kristallisiert ordnen sich um das Sauerstoffatom noch weiter zwei Wasserstoffatome an. Die stehen auch jeweils in einem Winkel von 120°. Diese zwei Atome kommen jeweils aus einem anderen Wassermolekül. Mit diesem bleiben sie auch verbunden. So bildet sich ein 3 Dimensionales Gebilde.

Kristallstruktur von Eis (Quelle: Wikipedia)

Diese Strukturen bilden sich stärker aus, je kälter es ist. Eh das Wasser allerdings kristallisiert, also gefrohren, ist kann sich eine besonders dichte Flüssigkeit bilden. In die teilweise geformten Strukturen können sich noch nicht eingbaute Wassermoleküle einlagern. So sind sie gut “aufgeräumt”. Kühlt das Wasser weiter ab, bilden auch diese Moleküle die 3D-Struktur und das Wasser dehnt sich so aus. Wenn es sich ausdehnt, muss es irgendwo hin und wenn das Gefäß geschlossen ist, dann platzt das.

Auch in Schneeflocken haben die Wassermoleküle die gleiche 3D-Struktur. Die schönen Formen kommen durch die Art wie die Wassermoleküle langsam aneinander wachsen. Bei den vielen milliarden Möglichkeiten ist es dann auch kein Wunder, dass jede Schneeflocke einzigartig ist.

15 Fragen an Paula Schramm

Geschrieben am | 10. 12. 08

train-duck3 mit CC-Lizenz von GrooverFW

Dieses Interview ist mehr, oder weniger der Testlauf für diese Reihe, eh sie nächstes Jahr richtig startet. Wenn sich also für euch noch Fragen ergeben, oder ihr noch andere Kommentare habt, dann meldet euch bitte in den Kommentaren.

Paula Schramm: Ich bin Chemikerin an der Universität Stuttgart und pormoviere dort.

Was ist das Erste, dass Sie machen wenn Sie morgens an ihren Arbeitsplatz gehen?

Das erste was ich mache, wenn ich morgens ins Labor gehe, ist dass ich meine Vakuumpumpe anschmeiße und die Kühlfallen meiner Anlage mit flüßigem Stickstoff befülle.

Was machen Sie da genau und wie heißt ihr Job?

Ich bin wissenschaftliche Mitarbeiterin. Das heißt, dass ich sowohl in Forschung und in Lehre eingespannt bin. Aus den Ergebnissen der Forschung möchte ich einmal meine Doktorarbeit zusammen schreiben.

Warum haben Sie einen chemischen Beruf ergriffen?

Chemische Forschung vereint intellektuelle Arbeit mit Handwerk, allerdings wusste ich das noch nicht als ich das Studium begonnen habe. Damals war ich einfach gut in Chemie und wollte etwas machen was ich gut kann. Da kann ich nur sagen: Glück gehabt.

Was nervt Sie am meisten an Ihrem Job?

Öffentliche Forschung krankt oft an Geldmangel der Institutionen wo sie passiert. Ausserdem ist der wissenschaftliche Betrieb nicht besonders effektiv organisiert. Das nervt.

Was ist das schönste an Ihrem Job, bzw. was machen Sie in Ihrem Job am liebsten?

Die Menschen! Ich freue mich über die netten und interessierten Studentinnen und Studenten. Den besonderen Kick gibt es natürlich wenn einer der Studis ein Licht auf geht während ich mit ihnen Arbeite. Etwas anderes das mir Freude macht ist es neue Dinge zu entdecken und erklären zu können warum sie entstanden sind. Ich bin neugierig und Chemie kann diese Neugier befriedigen.

Welche ist die wichtigste Eigenschaft die man für Ihren Beruf mitbringen muss?

Der Professor Becker im ersten Semester hat uns beigebracht: “Geduld ist die Tugend der Chemiker.” Da hat er auch vollkommen recht gehabt. Geduldig sein ist wirklich notwendig.

Verändert die Herangehensweise an chemische Probleme auch die Herangehensweise an andere Problemstellungen, wie zum Beispiel gesellschaftliche, oder politische Fragen?

Wissenschaftlerin zu sein verändert meine Herangehensweise an Probleme durchaus. Ich versuche nach der wissenschaftlichen Methode vorzugehen und bedacht alle Aspekte zu berücksichtigen. Das stößt zunächst oft auf Unverständniss, ist im Endeffekt aber meist die sinnvollere Methode.

Was ist für Sie die interessanteste chemische Reaktion bzw. was ist für Sie die interessanteste Verbindung? Was macht diese so interessant?

Das ist eine schwierige Frage. Am liebsten habe ich natürlich Wasser, weil ohne Wasser gäbe es die Welt wie wir sie kennen nicht. Am interessanteseten ist für mich im Moment das 1,2,4-Diazaphosphol, weil meine Doktorarbeit sich rund um dieses Molekül dreht. Es kann viele tolle Sachen, aber die verate ich hier nicht.

Welche Bedeutung hat Chemie für unsere Wirtschaft?

Eine zentrale! Das mag zwar seltsam klingen weil in der Presse nur von Rettungspaketen für die Automobil-Industrie zu lesen ist, aber ohne Chemie läuft nix. Es gibt sehr wenige Produkte die nicht irgendwie mit einem Produkt aus der chemischen Industrie in Kontakt kommen und sei es nur die Verpackung. Sichtbar ist das oft nicht, weil die chemische Industrie vor allem anderen Herstellern zu liefert und nicht direkt ihre Produkte verkauft. Einzige ausnahme ist hier die Pharmabranche.

Welches ist Ihr Lieblings Forschungsgebiet in der Chemie?

Neben meinem eigenen Bereich lese ich gerne Dinge aus der Materialforschung, von Solarzellen über OLEDs bis hin zu tollen festen Katalysatoren.

Ist Chemie ein Fluch, oder ein Segen für die Menschheit?

Lass mich die Frage andersrum stellen: Ist die Menschheit ein Fluch, oder ein Segen für die Chemie? ;)
Chemie ist an sich erstmal neutral. Leider haben die Menschen schon viel Leid mit ihren chemischen Entdeckungen verursacht. Andererseits haben sie mit Chemie auch schon vieles besser gemacht und viele der Fehler wieder ausgebügelt, oder überhaupt erstmal erkannt.

Wie wichtig ist Idealismus und/ oder moralische Verantwortung bei einem Chemiker?

Mir ist das sehr wichtig, allerdings unabhängig von meiner Rolle als Chemikerin. Beigebracht wird uns das nicht, leider. Es gab schon viele Entwicklungen die moralisch nicht vertretbar waren. Allerdings glaube ich nicht, das Chemikerinnen und Chemiker mehr moralische Verantwortung tragen als alle anderen Menschen.

Wie können Chemikerinnen und Chemiker zur Weltverbesserung beitragen?

Sie können nicht nur, sie tun. Z.B. indem sie Wege finden CO₂ wieder zu speichern um so den Klimawandel vorzubeugen. Oder sie entwickeln Medikamente gegen die großen Plagen der Menschheit. Oder sie schreiben ein Chemieblog, dmit immer mehr Menschen verstehen wie Chemie funktioniert ;)

Kann man naturwissenschaftliche Rationalität und Religion verbinden?

Bestimmt! Irgendwie ;)

Zum Schluss noch eine persönliche Frage, wenn Sie nicht in der Chemie tätig wären, was würden sie dann für einen Beruf wählen?

Dann wäre ich entweder Lehrerin, Psychologin, oder am liebsten Künstlerin.

Eine Ode an das schönste Element

Geschrieben am | 4. 12. 08

mit CC-Lizenz von kevindooley

In 20 Tagen ist Weihnachten, eine Zeit der Lichter und Lieder. Wie ich mir hab sagen lassen eine der romantischsten Zeiten des Jahres. Auch Chemiker und Chemikerinnen haben manchmal eine romantische Ader. Deshalb haben die Kollegen und ich eine kleine Ode an unser Lieblingselement gedichtet, den Phosphor.

Oh Phosphoor(gesungen zur Melodie von Oh Tannenbaum)

Oh Phosphoor, oh Phosphoor
Wie helle ist dein Leuchten
Du brennst nicht nur zur Weihnachtszeit
Nein auch im Winter wenn es schneit
Oh Phosphoor, oh Phosphoor
Wie helle ist dein Leuchten.

Oh Phosphoor, oh Phosphoor
Du kannst koordinieren,
Wie oft hät zur Diplomarbeit
Ein Komplex von dir mich hoch erfreut
Oh Phosphoor, oh Phosphoor
Du kannst koordinieren.

Oh Phosphoor, oh Phosphoor
Dein Spin will mich was lehren:
Die Hoffnung auf Beständigkeit
Gibt Trost und Kraft zu jeder Zeit
Oh Phosphoor, oh Phosphoor
Dein Spin will mich was lehren.

Wir wünschen euch allen einen erholsamen Advent.