Green fellow mit CC-Lizenz von suika*2009

Inzwischen befinden wir uns im Monat Mai und überall um uns herum, so lange wir überall als die nördliche Hemisphäre der Erde definieren, schießt wild Grün aus dem Boden. Üppiges Gras und leuchtende Baumkronen erfüllen mein Blickfeld immer wieder mit Grün.

Die Substanz die dafür verantwortlich ist, ist das Chlorophyll. Das ist ein Substanz die ähnlich aussieht wie das was unser Blut rot macht, das Hämoglobin. Um diese Struktur herum ist dann noch ein Protein gewickelt, das aber sehr verschieden ist von dem im Hämoglobin. In der Mitte von dem Chlorophyll sitzt ein Magnesium. Chlorophyll hat die Aufgabe die Energie die von der Sonne als Licht kommt in für die Zelle nutzbare Energie umzuwandeln. Das ist ein recht komplizierter Prozess. Auf jeden Fall wird dabei das rote und das blaue Licht der Sonne verwendet. Somit ist es herausgefiltert und nur das übrigbleibende grüne Licht kann reflektiert werden. Das ist der Prozess der uns die Blätter grün erscheinen lässt.

Die unterschiedlichen Grüntöne der Blätter kommen dadurch zustande, dass es verschieden Typen von Chlorophyll gibt. Dabei hängen am eigentlich Chlorophyllgerüst Molekülgruppen die verändern welche Lichtfarbe absorbiert wird. Das hat mit der chemischen Molekülklasse der Komplexe zu tun. Komplexe sind dabei Substanzen in denen ein Molekül aus Hauptgruppenelementen mit freien Elektronenpaaren an den Atomen eine Bindung zu einem Metallion eingeht. Die Elektronen in diesen Bindungen können dann Energie aufnehmen und in anderer Form abgeben, wie hier beim Chlorophyll. Ändert sich das Molekül, so ändert sich die Bindung zum Metall ein bischen und deshalb auch die Lichtfarbe. Das ist ungefähr so als würde man eine Gitarre stimmen. Je nachdem wie fest man die Seite dreht kommt ein anderer Ton dabei heraus.

Auch andere Farben entstehen ähnlich, also solche wie bei einem Kleidungsstück. Licht einer bestimmten Farbe wird absorbiert und man sieht, weil es keinen Ausgleich mehr gibt, die Komplementärfarbe. Die Art der färbenden Substanz kann allerdings verschieden sein.

mit CC-Lizenz von R'eyes

Als ich heute Morgen den Kühlschrank im Aufenthaltsraum an der Uni aufmachte um Milch für meinen Kaffee herauszuholen stellte ich fest, dass sie über das Wochenende sauer geworden war. Eine alte Küchenweisheit besagt, dass ein Gewitter die Milch sauer werden lässt. Tatsächlich hatte es am Wochenende auch etwas Gewittert. Allerdings ist der Zusammenhang zwischen Gewitter und saurer Milch nicht so einfach wie es scheint.

Was passiert ist Folgendes

Der Zucker in Milch, Lactose, kann durch Bakterien zu der Säure auf der rechten Seite vom Pfeil, Milchsäure, zersetzt werden. Das geht besonders gut, wenn es warm ist, weil dann die Bakterien gut wachsen. Wenn also die Milch im Kühlschrank steht, dann machen die Bakterien keine Säure und die Milch bleibt länger frisch.

Wenn viel Säure vorhanden ist, dann gerinnt die Milch weil die Eiweiße protoniert werden und dadurch einige Bindungen aufbrechen. Nachdem die Bindungen aufgebrochen sind fügen sie sich wieder zusammen. Diesmal aber nicht in der schönen von Natur aus vorgesehenen Strktur, sondern in zufälliger Weise. Das führt dann zu Klumpen. Zu diesem Zeitpunkt, schlage ich vor, entsorgt ihr die Milch lieber, es sei denn ihr wollt Käse machen.

Früher als es noch keine Kühlschränke gab und mein Opa zwei Meilen zur Schule gelaufen ist, bergauf in beide Richtungen versteht sich, machte ein Gewitter die Milch sauer, einfach weil es vor einem Gewitter meist sehr warm ist. Das führt, wie erwähnt dazu, dass die Bakterien fleißig Milchsäure produzieren. Heute umgehen wir das einfach, indem wir die Milch in den Kühlschrank stellen. Leider gibt es Leute die behaupten, dass trotz Kühlschrank ein Gewitter die Milch schlecht werden lässt. Das ist purer Zufall. Jemand dem dass schon öffter passiert ist, solllte seine Milchtrinkgewohnheiten untersuchen, oder kleiner Mengen Milch kaufen.

Naja, meinen Kaffee habe ich heute morgen dann lieber ohne Milch getrunken, auch wenn er etwas bitter war und in der Mittagspause habe ich eine Packung H-Milch gekauft, die hält nähmlich auch übers Wochenende.

Lavande Soap mit CC-Lizenz von geishaboy500

Kaum ein Tag geht vorbei an dem wir nicht irgendwie etwas mit Seife, Spüli, oder Dergleichen putzen. Da ist die Frage natürlich naheliegend was Seif überhaupt ist und warum sie sauber macht.

Also stell dir vor du hast einen Tropfen Öl auf einem Tisch. Gibst du Wasser drauf passiert nichts weiter mit dem Tropfen, da sich Öl und Wasser nicht mischen. Jetzt gibst du zu dem Wasser und dem Öltropfen ein bischen Seife. Diese hat einen Teil der sich gerne mit Fett verbindet und einen Teil der sich gerne mit Wasser verbindet. So entsteht eine Brücke zwischen Wasser und Fett. Mit viel Wasser kann der Fettropfen nun gelöst und weggespült werden.

Gibt man Seife in Wasser so verbinden sich die polaren, wasserliebenden Enden mit Wasser und die unpolaren, fettliebenden versuchen so wenig Kontakt wie möglich mit Wasser zu haben und rotten sich zusammen. Das bildet dann sogenannte Micellen. Eben in diesen Micellen kann sich dann fettiger Dreck oder Luft befinden. Das sieht so aus.

Bei Seifenblasen bildet sich eine Doppelschicht aus Seifenteilchen, dazwischen befindet sich eine Schicht Wasser. Die Seifenblasenhaut sieht also so aus, dass es eine innere Wasserschicht gibt, in der die polaren enden der Seife gelöst sind und sich nach Aussen und Innen die unpolaren Enden ausrichten. Weil das Wasser schwerer ist als Luft läuft es nach unten aus der Schicht raus und die Seifenblase reißt. Das ist richtig, sie platzt nicht sondern reißt. Die Form der Seifenblasen kommt durch die Oberflächenspannung zustande. Und weil die Sonne gerade so schön scheint gehe ich jetzt raus und spiele ein bischen mit Seifenblasen.

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.

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.

Moggy Playing Jungle mit CC-lizenz von Emuishere Peliculas

Seit Jahren mache ich mir Gedanken darüber, dass es einen Geruch gibt der mit Metall assoziiert ist, so ein muffiger Geruch. Wenn ich nicht wüsste, dass das anderen Leuten auch so geht, hätte ich mich für verrückt erklärt.

Prinzipiell entsteht in unserem Kopf ein Sinneseindruck Geruch wenn sehr kleine Moleküle in der Luft mit einem oder mehrern der Rezeptoren in unserer Nase reagieren. Damit diese Moleküle aber in der Luft sind, müßen sie unter den alltäglichen Bedingungen gasförmig sein. Diese alltäglichen Bedingungen sind eine Temperatur um die 20°C und Luftdruck um die 101325 Pa.

Metalle, allerdings, sind bei diesen Bedingungen nicht flüchtig, d.h. sie werden nicht gasförmig, noch nicht mal ein klitze kleines bisschen. Logischer Weise sollten Metalle also keinen eigenen Geruch haben. Empirisch ist da eben immer dieser Geruch.

Zum Glück gibt es zu allen Themen Forschung. Vor ein paar Jahren hat sich eine Gruppe deutscher und amerikanischer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hiermit beschäftigt und herausgefunden was dieser Geruch ist: Er besteht aus organischen Stoffen die entstehen wenn Metallionen mit bestimmten auf der Haut anwesenden Fettperoxiden reagieren. Die Metallionen entstehen aus der Reaktion von Metall, wie einer Münze, und Schweiß. Die Fettperoxide entstehen wenn Fette auf der Haut mit UV-Licht reagieren. Bei der Reaktion der Metallionen und Fettperoxide werden letztere zu leicht flüchtigen Stoffen zersetzt. Das Forschungsteam hat die Teilreaktionen natürlich sehr ausführlich untersucht und alle Stoffe genau identifiziert. Wir können die Experimente aber auch selber nachvollziehen.

Dazu braucht man:

eine Kupfermünze,
reinen Alkohol,
Hände,
Gummihandschuhe
und eine Nase

Als erstes werden die Hände gewaschen und die Handschuhe angezogen. Nun wird die Münze gründlich mit dem Alkohol geputzt und auf einer geruchsneutralen Oberfläche abgelegt. Nachdem etwas Zeit vergangen ist, in dem der Restalkohol verdampfen konnte, wird nun mit der Nase an der Münze gerochen.

Was riecht ihr?

Nun werden die Handschuhe ausgezogen und die Münze in eine Hand gelegt. Nach einer Reaktionszeit von einigen Minuten wird die Münze wieder auf die geruchsneutrale Unterlage gelegt und wieder an ihr gerochen. Ausserdem wird an der Hand, die die Münze hielt gerochen.

Was riecht ihr?

Im Ergebniss sollte ungefähr herauskommen, dass die frisch geputzte Münze nicht riecht . Die Münze, nachdem du sie in der Hand gehalten hast riecht etwas. Deine Hand riecht sehr stark nach dem „Metallgeruch“.

Im Prinzip war genau das der Versuchsaufbau der Forschungsgruppe. Anstelle einer Nase haben sie jedoch einen Gaschromatographen genommen, der die einzelnen Moleküle analysieren kann.

cupcake unter CC-Lizenz von Rubyran

Das Backpulver ist dazu da, um dem Kuchen eine lockere poröse Struktur zu geben. Diese Struktur entsteht wenn sich, während der Teig bäckt, kleine Gasbläschen bilden. Der Kuchen bäckt dann, d.h. wird fest, um diese Bläschen herum. So braucht der Teig natürlich viel mehr Platz als ohne die Bläschen und geht auf. Das Gas könnte man auf verschiedene Arten in den Kuchen hinein bringen, aber so lange er flüßig ist würde das Gas immer wieder entweichen, es sei denn es entsteht aus etwas festem wenn der Kuchen heiß wird.

Im Backpulver ist Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃) enthalten, dass man auch unter dem Namen Natron kennt. Dieses Natron gibt wenn es erhitzt wird Kohlenstoffdioxid, CO₂, ab.

Wenn man Säure dazu gibt, wird die Reaktion noch beschleunigt. Säure heißt in diesem Fall H₃O+.

Das H₃O+ entsteht, wenn man, das ebenfalls in Backpulver enthaltene, Dinatriumhydrogenphosphat (Na₂HPO₄) mit Wasser mischt.

Kuchen backen ist immer toll, aber wenn um die Reaktion genauer zu betrachten brauchen wir ein anderes Experiment. Das ist sehr einfach. Man braucht dazu ein Glas, Backpulver und etwas Essig. Ihr gebt das Backpulver in das Glas und gießt den Essig dazu. Ihr werdet feststellen, dass die Mischung zu sprudeln anfängt. Etwas spektakulärer wird das Experiment, wenn man statt einem Glas eine verschlißebare Plastikdose nimmt, die höher als breit ist. Das Backpulver wird wieder in die Dose gegeben und der Essig darauf gegossen. Nun wird schnell der Deckel zu gemacht und die Dose auf den Kopf gestellt. Nach einem kurzen Moment springt die Dose wie eine Rakete nach oben. Die Sauerei könnt ihr euch vorstellen, deshalb empfehle ich dieses Experiment draussen zu probieren. Als dritte Möglichkeit bleibt euch in einen Laden zu stiefeln und dort Brausepulver zu kaufen. Wenn ihr das esst, merkt ihr wie es schäumt. Brausepulver ist nähmlich genau das gleiche wie Backpulver, mit etwas mehr Geschmack.

Warum ist Backpulver also toll? Weil es CO₂ abgibt, dass sprudelt und den Kuchen locker und luftig macht.

1. Auch wenn es eine Backmischung war. [back]