28-Tage-Zyklus

Mit meiner Klasse 5 bespreche ich im Fach NW aktuell das Thema “Sonne & Mond”. Im Verlauf einer Stunde haben wir entdeckt, dass von Neumond zu Neumond stets 28 Tage vergehen.

“Oh”, frage ich, “28 Tage. Kennt ihr denn noch etwas aus der Natur, was einen Zyklus von 28 Tagen hat?”

Es gibt etwas Gekicher in der Klasse, hier und da Gemurmel. Zwei Jungs melden sich. “Amüsant, dass sich ausgerechnet zwei Jungs melden. Aber das müssen doch noch mehr wissen…”

Ratlose Blicke in der Klasse. Nur die beiden Jungs schauen triumphal drein.
Ich warte noch einen Moment, dann nehme ich den einen dran. “Ist doch klar: Der Februar hat 28 Tage!”

Ich schaue verblüfft. Die Integrationshelferinnen grinsen stumm.
Da meldet sich der andere Junge. “Herr, Klinge, das wollte ich auch sagen!”

NW unterrichten…

Die erste Woche richtigen Unterrichts ist rum. Endlich. Sowohl die Schüler, als auch ich selbst kommen immer mehr in den Stoff hinein. Alles läuft flüssiger und auch entspannter, als in den ersten Tagen.

Dieses Jahr habe ich mit all meinen Kursen großes Glück – insbesondere meine beiden Physikkurse sind mir nach einer Woche schon sehr ans Herz gewachsen. Umgekehrt werden die Schüler wohl noch ein paar Tage länger brauchen, denn ich bin am Anfang immer sehr streng und kühl, bevor ich dann “die Zügel lockere”.

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Bio-Unterricht der Zukunft – Großartig!

Neulich bin ich über etwas großartiges gestolpert, dass ich als Lehrer unbedingt adaptieren muss: Die meisten von euch werden wissen, was eine xBox ist – eine Spielekonsole. Im Herbst letzten Jahres wurde eine Kamera für diese Spielekonsole veröffentlicht, die das Spielen komplett ohne Fernbedienung ermöglicht. Man hüpft und springt und wedelt vor der Kamera – und ein virtuelles Gegenstück macht alle diese Bewegungen nach. “Kinect” heißt diese Erweiterung.

Seit der Veröffentlichung haben sich haufenweise Nerds und Geeks daran gesetzt, mit diesem Kamerasystem zu spielen, es zu verändern und damit Unsinn zu treiben. Tobias Blum und Nassir Navab von der TU München haben nun einen CT-Scan auf das eigene Skelett projiziert, so dass man sich selbst auch immer von innen im Überblick behält – auf dem Bildschirm sieht man sozusagen seine eigenen Knochen.

Einen besseren Eindruck vermittelt sicher das Video hier:

 

Wäre das nicht ein Heidenspaß im Biounterricht? Ich hätte es sicher megaspannend gefunden, mein eigenes Skelett zu betrachten – selbst, wenn es nur ein Modell ist.

Und ja – die Älteren unter euch werden sich an eine U-Bahn-Szene aus Total Recall erinnern. Eine verschärfte Form des Nacktscanners – hier sieht man sicher jede Form von Spickzettel. Aber ganz so schlimm muss es ja im Unterricht nicht werden Zwinkerndes Smiley.

Aus Wasser wird Holz

Neulich bin ich über ein wirklich verblüffendes Experiment gestoßen. Verblüffend deshalb, weil es mir in beschämender Weise meine eigene Unkenntnis der Welt offenbart hat – aber ich möchte nicht vorgreifen!

Johan Baptista Van Helmont war der letzte Alchemist und der erste Chemiker, den die Welt gesehen hat. Etwa um das Jahr 1620 führte er einen Versuch durch, der sowohl kinderleicht durchzuführen, als auch genial in seiner Umsetzung ist. Van Helmont ging zu seiner Zeit davon aus, dass es zwei elementare Stoffe gäbe – Luft und Wasser – und er wollte beweisen, dass alles auf der Welt aus diesen beiden Stoffen bestünde.

“Ich nahm einen Topf, in den ich 200 Pfund im Ofen getrocknete Erde füllte, die ich mit Regenwasser befeuchtet hatte, und pflanzte darin einen fünf Pfund schweren Weidenschössling.”

Fünf Jahre lang goß und pflegte er die Weide, riß sie schließlich aus der Erde heraus und wog beides: Die Erde war in jener Zeit um zwei Unzen leichter geworden, der Baum hingegen kam mit über 169 Pfund auf mehr das Dreißigfache seines ursprünglichen Gewichtes.
Daraus zog Van Helmont den einzig vernünftigen Schluss – zumindest nach damaligem Wissensstand:

“164 Pfund Holz, Rinde und Wurzeln enstanden aus Wasser allein.”

Nach damaligem Wissensstand.
Damals waren die Leute auch noch ungebildet. Früher.

Und heute?

Auch ich muss erstmal überlegen. In fünf Jahren wurde der Baum nur gegossen – trotzdem ist er gewachsen. Aber – verflixt nochmal – wo kommt den jetzt die Masse an Holz, Rinde und Wurzeln her? Mineralien aus dem Boden? Aber wenn ich an meinen Garten denke, dann fressen die Bäume dort auch nicht die Erde weg. Eigentlich werden auch sie nur durch den Regen gegossen.

Wieso werden sie so groß? Wodurch wachsen sie?

Die Antwort ist natürlich ganz einfach – so einfach, dass ich sie hier nicht mal hinschreiben möchte.
Ich bin immer wieder verblüfft, wenn ich über alltägliche Dinge stolpere und erstmal keine Ahnung habe.

Und hier? Ist doch peinlich klar, oder? Smiley

Wie macht man eigentlich Strom – 2

Vor einigen Tagen veröffentlichte ich einen Artikel über die Fragestellung, wie man eigentlich Strom “macht”.
Es gibt natürlich noch (mindestens) eine weitere Möglichkeit, Strom zu erzeugen: durch eine chemische Reaktion.

Jeder kennt die Kartoffeluhr noch aus dem Schulunterricht, der ein oder andere Leser erinnert sich vielleicht an die Fragestellung, wie viele Orangen man braucht, um ein iPhone zu laden.

Forscher der Hebrew University of Jerusalem haben die Kartoffel-Batterie nun “weiterentwickelt”. Hinter dem Link kann man sehr schön erkennen, dass die erzeugte Spannung zumindest ausreicht, eine LED gleißend hell zu betreiben.

Der Clou dabei:

they discovered a new way to construct an efficient battery using zinc and copper electrodes and a slice of your everyday potato. The scientists discovered that the simple action of boiling the potato prior to use in electrolysis, increases electric power up to 10 fold over the untreated potato and enables the battery to work for days and even weeks. The scientific basis of the finding is related to the reduction in the internal salt bridge resistance of the potato battery, which is exactly how engineers are trying to optimize the performance of conventional batteries. The ability to produce and utilize low power electricity was demonstrated by LEDs powered by treated potato batteries.

Kurz gesagt: Sie haben die Kartoffeln gekocht, bevor sie damit rumexperimentiert haben.

…?!

Kann das wirklich sein? Ist es wirklich möglich, dass seit Generationen mit dieser ökologischen Batterie im Biologie-/Chemie-/Physikunterricht herumgesaut wird, und nie (!) ist jemand auf die Idee gekommen, mal gekochte Kartoffeln zu benutzen?

Wie schon bei der enttäuschenden Entdeckung, wie einfach es ist, Strom zu erzeugen fühle ich mich auch hier seltsam beschämt. So einfach? So simpel? Warum bin ich da nicht drauf gekommen?

Ich frage mich, wie oft im Leben etwas Großartiges direkt vor meinen Augen lag, und ich habe es nicht erkannt. Was sagt das über mich aus?

Endlich: der Kristall zum Sprühen!

Bei meinem letzten Abend mit einem guten Glas synthetischem Weißwein (^^) und ein wenig anspruchsvollem deutschen Fernsehen konnte ich mich den endlosen Werbepausen nicht entziehen und habe aufmerksam gelauscht. Ich war begeistert von den Versprechungen und den Erfolgserlebnissen, die mir die Schauspieler dort präsentierten. Gerade als Chemiker ist es äußerst interessant zu hören, womit heute geworben wird. Es ist nicht mehr der Geruch oder der Geschmack der im Vordergrund der Propaganda steht. Nein! Es sind andere Inhaltsstoffe mit denen der unwissende Verbraucher gelockt wird. Silbermoleküle, flüssige Kristalle, Hyaluronsäure, Antitranspirantien, Alaune… usw… Ein Hygieneprodukte hat mich besonders angesprochen: Das Deodorant. Wir schwitzen unter den Achseln, die einen feuchtwarmen Lebensort für allerlei von Bakterien darstellen. Diese verstoffwechseln unseren Schweiß und einige Fettsäuren und synthetisieren dabei verschiedene übelriechende Stoffe, wie Butter- und Ameisensäure. Wie in den meisten Ländern dieser Welt üblich, bekämpfen wir täglich diesen Geruch mit ein wenig Deodorant. Schon der Alkohol in den meisten Deos reicht aus, um einen Großteil der Bakterien zu bekämpfen. Meist sind den Deos der Neuzeit aber verschiedenste Stoffe beigemischt, die nicht nur die Bakterien zerstören, sondern auch noch das weitere Schwitzen unterbinden. Diese antitranspirante Wirkung wird durch verschiedene Aluminiumverbindungen hervorgerufen (meistens Aluminiumchlorid), die die Schweißdrüsen verstopfen und somit das Schwitzen verhindern. Ganz neu auf dem Markt sind Deos ohne Aluminium, dafür aber mit Silbermolekülen oder Alaunen.

Zitat einer der Hersteller: “Die Silbermoleküle verbindet sich mit Enzymen und anderen Proteinen in Bakterien, dadurch wird die Zellstruktur verändert und die Zelle verliert ihre Lebensfähigkeit. Außerdem verbindet sie sich mit der Zellwand der Bakterie. Sie bindet ihre DNA und verhindert so die Vermehrung der Bakterien. Dies beugt zuverlässig der Entstehung von Körpergeruch vor.“

Meistens handelt es sich bei diesen Silbermolekülen um Nanopartikel oder kolloidales Silber, das tatsächlich eine Wirkung auf die Bakterien hat. Leider scheint der Wirkungsgrad sehr klein zu sein, da es sich eher um eine kleine Beschäftigung für die Bakterienflora handelt. Außerdem werden die silberhaltigen Moleküle durch das Sprühen und das anschließende Duschen in die Umwelt freigesetzt. Da es sich um Nanopartikel handelt und derern Wirkung auf die Umwelt noch nicht erforscht ist, gehen die meisten Wissenschaftler davon aus, dass die Partikel von Wasserorganismen im Laufe der Nahrungskette aufgenommen werden und langfristig unabschätzbare Umweltschäden hervorrufen. In Göteborg wurden beispielsweise, seit dem Erscheinen der silberhaltigen Hygieneartikel, eine Verdopplung des Silbergehaltes im Klärschlamm der Stadt festgestellt. Das Silber antibakteriell wirkt, ist übrigens schon seit der Antike bekannt und diese Eigenschaft macht man sich zum Beispiel in Waschmaschinen zu Nutze um Bakterien in der Kleidung abzutöten. Nur Leider haben Bakterien eine lästige evolutionäre Angewohnheit, die sich nach längerer Exposition eines antibakteriellen Mittels bemerkbar macht. Sie entwickeln eine Resistenz. Neben einer Silberresistenz entwickelt sich ebenfalls eine Antibiotikaresistenz, die von schwedischen Mikrobiologen an einigen Bakterienstämmen nachgewiesen werden konnte. Eine karzinogene Wirkung konnte noch nicht nachgewiesen werden, aber man geht stark davon aus, dass diese bald nachgewiesen wird…

Genug vom Silber, kurz zum Alaun. „Duschdas“ brachte vor kurzem eine neue Pflegeserie auf den Markt mit dem Namen „Alaun“. Alaun ist ein Salz der Schwefelsäure, welches neben Kalium auch Aluminium enthält (Kaliumaluminiumsulfat) und wunderschöne farblose Kristalle bildet. Dies ist natürlich auch der Grund, warum der Hersteller mit dem “Kristall zum Sprühen” wirbt, wobei diese Aussage jedem Chemiker die Tränen in die Augen treibt.
In Lebensmitteln wird es als Festigungsmittel bzw. Stabilisator E 522 zugesetzt und wird von mir ausschließlich für die Kristallsynthese verwendet. Nachweislich hat Alaun eine blutstillende Wirkung ist aber Leider nicht wirklich, wie versprochen, antibakteriell. Es dient hier hauptsächlich als Hemmstoff und verhindern die bakterielle Herstellung von Buttersäure. 150ml dieses Deos kosten übrigens 4,29€ und enthalten wahrscheinlich nur eine Messerspitze Alaun. 5kg Alaun kosten rund 25 Euro. In Wasser gelöst, könnte man sich damit täglich bis an sein Lebensende einreiben…  ^^

Sollten Sie also demnächst genau so begeistert sein von den toll klingenden Inhaltsstoffen mancher redundanter Produkte in unseren Supermärkten, erinnern sie sich an meinen Blogeintrag und denken Sie darüber nach, wie Sie die letzten Jahre vollkommen zufrieden, auch ohne Kristalle unter dem Arm, überleben konnten.

Naturwissenschaftliche Frage der Woche 3

Ich werde in Zukunft regelmäßig Fragen und Aufgaben aus den Naturwissenschaften und der Mathematik hier präsentieren. Interessierte Leser dürfen gerne ihre grauen Zellen bemühen und schauen, was an mathematischen Verständnis noch geblieben ist. Lehrer sind dazu eingeladen, die Fragen an ihre Schüler weiterzugeben und von ihnen beantworten zu lassen. Und alle anderen dürfen diese Beiträge getrost ignorieren. :-)

#3

Wenn man ein Ei in eine Kerzenflamme hält, bis es rußig ist, und es dann in Wasser taucht, erscheint es silbrig.

Warum? (Und was geht bei uns am Frühstückstisch ab…?!)

Die Ordnung der Elemente

Es gibt nichts auf dieser Welt, was mich so sehr fasziniert, wie das Periodensystem der Elemente. Jeder hat es schon mal gesehen, aber die meisten Menschen sind froh, dass sie sich in der Schule nur sporadisch damit beschäftigen mussten. Dabei ist diese kleine Tabelle eine der vollkommensten und wunderbarsten Ordnung in diesem Universum und ohne dieses System hätte keine naturwissenschaftlichen Entwicklungen, wie Kunststoffe, Tabletten, Benzin usw. gegeben. Es ist das Fundament, der Welt, wie wir sie Heute kennen und ich bin jedesmal fasziniert, wenn ich auf das Periodensystem schaue. Im heutigen PSE (Periodensystem) stehen 118 Elemente, von denen 83 natürlich in der Natur existieren und aus denen einfach Alles auf diesem Planeten besteht. Erst 1817 versuchte der erste Mensch die Elemente zu Ordnen. Natürlich nach Gewicht, was anderes blieb den Chemikern damals nicht übrig. Die Idee war auch super, nur Leider passten nur 30 der damals 53 bekannten Elemente in dieses Scheme. 1864 bemerkte der erste Chemiker, dass sich bei Ordnung der Elemente nach steigendem Gewicht die chemischen Eigenschaften in jeder achten Position wiederholen.

Quelle: Batrox (w:de), slightly modified/Urheber: Sponk (talk)

Lithium reagiert auf die selbe Weise mit Wasser, wie Natrium und es steht, bei einer Ordnung nach Gewicht, genau 8 Positionen entfernt. Die Eigenschaften wiederholen sich in Oktaven. Unglaublich! Was für eine Verbindung zur Musik, bei der sich die Töne auch in Oktaven wiederholen.

Erst 1869 ordnete Dimitri Mendelejew die Elemente zum ersten mal so, wie sie Heute noch im Periodensystem stehen, nach Atomgewicht und Eigenschaften. Die Entdeckung der Elementarteilchen bestätigte seine Ordnung. Auch freie Stellen, für noch nicht Entdeckte Elemente, ließ Mendelejew mit hoher Präzision. Auch neue Entdeckungen, wie die Quantentheorie und das daraus folgende Orbitalmodell lieferten zum ersten mal eine

Mendeleyews Periodensystem

befriedigende Erklärung für die Periodizität der Elemente. Die meisten Vorgänge in der Chemie können durch einen einfachen Blick in das Periodensystem erklärt werden.

Machen Sie sich klar, dass es die Welt, wie wir sie heute kennen nicht gäbe, ohne die Arbeit von Chemikern und dass das Periodensystem der Elemente die Grundlage, die Matrix von allem darstellt, was Sie Wahrnehmen können. Für mich ist es das schönste Gedicht, das jemals verfasst wurde.

Denkmal für Mendeleyew in St. Petersburb. Quelle: Wikipedia/Urheber: Heidas

There’s real poetry in the real world. Science is the poetry of reality — Richard Dawkins

Algenreaktor und Photovoltaik durch Photosynthese

Jeder hat im Biounterricht das Thema Photosynthese durchgekaut. Pflanzen erzeugen aus Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht Glucose (Zucker) und Sauerstoff. Die Glucose nutzen die Pflanzen zur eigenen Energieversorgung und der Sauerstoff wird als Nebenprodukt in die Umgebung abgegeben. Wir Atmen den Sauerstoff, wir Essen die Pflanzen, aber mehr konnten wir diesem Prozess noch nicht abgewinnen. Bis jetzt.Cereus_jamacaru..

Forschern des Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung ist es gelungen mit der Photosynthese Strom zu erzeugen. Sie pflanzten eine Biobatterie, deren Elektroden aus einem, von Enzymen modifizierten Material bestehen, in einen Kaktus. Diese Batterie erzeugt aus den Produkten der Photosynthese (Glucose und Sauerstoff) einen Strom von 9mV pro Quadratzentimeter Kaktus. Hinzu kommt, dass der Wirkungsgrad der Stromerzeugung proportional zur Lichtintensität ist, da die Intensität des Lichteinfalles die “Brennstoffproduktion” beeinflusst.

Photosynthesis

Neben dem Aspekt der Umweltfreundlichkeit ist eine Sache bei dieser Stromerzeugung revolutionär… Zum ersten mal ist es möglich Strom zu erzeugen, bei dem CO2 das Ausgangsmaterial der Stromerzeugung ist. Natürlich steht eine wirkliche Nutzung dieses Verfahrens noch in den Sternen, aber in ferner Zukunft sehe ich schon die neuen Kakteen-Kraftwerke.

Neben dieser direkten Stromerzeugung durch Photosynthese ist es Forschern gelungen, mit einfachsten Mitteln, Wasserstoff zu synthetisieren . Wasserstoff ist der Energieträger der Zukunft, da er in Brennstoffzellen zum Einsatz kommt, die ebenfalls ohne die erzeugung von CO2 Strom erzeugen (meistens jedenfalls). Die Grünalge bildet eine große Menge Wasserstoff, wenn ihr die nötigen Nährstoffe zur Photosynthese fehlen. Dies liegt daran, dass bei der Photosynthese Elektronen erzeugt werden, die die Pflanze benötigt, um Glucose und Sauerstoff zu erzeugen. Fehlen ihr aber die nötigen Nährstoffe, muss sie die Elektronen wieder loswerden.

Quelle: Ruhr Uni Bochum

Das Enzym Hydrogenase setzt die Elektronen mit Protonen zu Wasserstoff um, der an die Umgebung abgegeben wird. Die Forscher haben es geschafft, die an dieser Reaktion beteiligten Stoffe zu isolieren, und den Vorgang im Reagenzglas nachzuahmen. Endlich gibt es eine effektive Möglichkeit Wasserstoff zu erzeugen, ohne viel Aufwand und hohe Kosten.

Blut – Saft des Lebens

Jede Sekunde fließen ungefähr 5 Liter Blut durch unsere Adern und versorgen unsere Organe und Muskeln mit Sauerstoff. Doch von diesem Vorgang bekommt man überhaupt nichts mit. Erkennbar wird dieser nur durch unseren Herzschlag oder eine offene Wunde.Dabei ist Blut eine so interessante Flüssigkeit.

Chemisch gesehen ist Blut eine Suspension, also ähnlich wie Saft oder Hefeweizen ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Feststoffen. Diese Feststoffe lassen sich mit einfachsten Methoden sichtbar machen und deren Fluss lässt sich durch die Zugabe bestimmter Fluide beeinflussen. Das Video zeigt mein Blut unter dem Mikroskop.

Bei der Zugabe von destilliertem Wasser an den Rand des Deckglases und das Anhalten eines Filterpapiers an die andere Seite des Deckglases beginnt das Blut erkennbar zu fließen. Normalerweise trocknet das Blut innerhalb weniger Minuten, doch durch diese Methode kann man es längere Zeit schön beim Fließvorgang beobachten.

Mit einem einfachen Lichtmikroskop lassen sich schön die Erythrozyten, also rote Blutkörperchen, sichtbar machen. Der eigentliche Sauerstofftransport im Blut findet durch den Blutfarbstoff Hämoglobin statt, der erst bei der Bindung des Sauerstoffs an, im Hämoglobin enthaltene Eisen-Ionen rot erscheint. Weichtiere besitzen den blauen Blutfarbstoff Hämocyanin, der anstelle der Eisen-Ionen Kupfer-Ionen für den Sauerstofftransport besitzt.

Übrigens ist, nach meinen Informationen, das Mikroskopieren von Körperflüssigkeiten im Schulunterricht leider verboten, da die Gefahr an Aids oder anderen Krankheiten zu erkranken zu hoch ist.