Rauch ohne Feuer unter einem virtuellen Mikroskop mit 100.000.000-facher Vergrößerung
Das ist der uralte Trick der Chemiker. Wie bewegt man Rauch von einer Zimmerecke in die andere. Wir enthüllen das Geheimnis und erklären die chemische Reaktion, die hinter dem Trick steckt, auf der Molekularebene mit einem virtuellen Mikroskop und 100.000.000 Vergrößerung. Außerdem erkläre ich, warum ich dieses chemische Experiment für unser erstes Video ausgesucht habe.
Es gibt einen alten chemischen Trick. Blase Zigarettenrauch in ein Glas und drehe es um. Drehe ein anderes Glas in der gegenüberliegenden Zimmerecke um. Der Rauch wandert vom ersten Glas durch den Raum und erscheint im zweiten Glas. Ich habe dieses Experiment an diesem Wochenende ausprobiert und nach einem einzigen Zug an der Zigarette eine halbe Stunde husten müssen. Ich kann die Raucher nicht verstehen. ;)
Was ist das Geheimnis dieses Tricks?
Kommen wir auf den Punkt und ich erkläre den Trick. Der Rauch wandert nicht durch Zauber. Während sich der Rauch in einem Glas setzt, entsteht im anderen Glas neuer Rauch. In den Gläsern sind zwei Gase: Chlorwasserstoff (das Gas, das sich in Wasser löst und Salzsäure erzeugt) und Ammoniak (das ist der Geruch, der von Obdachlosen ausgeht). Wenn die beiden Gase zusammenkommen, entsteht ein fester Stoff, der Ammoniumchlorid heißt und dessen Teilchen wir als Rauch sehen. Wie Sie vielleicht erraten haben, passiert das im zweiten Glas. Das Innere des Glases ist mit einer konzentrierten Wasserlösung von Chlorwasserstoff (Salzsäure) überzogen und der Tisch, auf dem das Gas steht, wurde mit einer konzentrierten Lösung Ammoniak besprüht. Wenn Sie das Glas auf dem Tisch umdrehen, mischt sich der Dampf der beiden Gase und es entsteht Rauch.
Und das ist der Trick. Dieser Raucheffekt, den die beiden Flüssigkeiten erzeugen, wenn sie zusammengebracht werden, kann auf viele Arten genutzt werden. Beginnen wir mit der einfachsten. Nehmen Sie zwei Wattestäbchen, tauchen Sie sie in die entsprechenden Flüssigkeiten und genießen Sie den Effekt der Rauchbildung. Oder nehmen Sie zwei rauchende Rohre und demonstrieren Sie dem beeindruckten Publikum, wie der Rauch aus einem Rohr in das andere fließt.
Warum haben wir dieses Experiment für unser erstes Video ausgewählt?
Irrtümlicherweise hatte ich angenommen, dass wir mit der Wasserstoffverbrennung starten. Ich war der Meinung, das sei die einfachste chemische Reaktion. Was könnte primitiver sein als die Mischung aus Sauerstoff und einem Grundelement wie Wasserstoff? Was für eine naive und verrückte Idee! Meine Überlegung war: ein Molekül von O2 hängt sich an ein H2 Molekül, sie kollidieren und die Geschwindigkeit des Zusammenstoßes ist höher als der spezifische Schwellenwert (d.h. das Gas ist heiß genug), die Atome kombinieren sich auf die effizienteste Weise und bilden ein H2O Molekül. Die Reaktion erwies sich jedoch als sehr kompliziert. Der russische Chemiker Nikolay Semenov und der englische physische Chemiker Cyril Norman Hinshelwood erhielten 1956 gemeinsam den Nobelpreis in Chemie für ihre Forschungen über den Mechanismus dieser Reaktion.
Dann dachte ich an Reaktionen, bei denen Niederschläge entstehen. Reaktionen mit Wasser sind auch sehr spannend. Die Wasserionen bewegen sich nicht wie ungebundene Teilchen, sondern sind komplexe Strukturen, die aus einem Ion und den Wassermolekülen bestehen, die fest an das Ion gebunden sind und die sogenannte Solvathülle bilden. Das allein zeigt, dass Reaktionen in Lösungen nicht so primitiv sind, wie sie aussehen. Ich spreche nicht von komplexen Reaktionen an Phasengrenzen und mit einem Katalysator bei dieser oder jener Reaktion.
Wir wollten mit etwas Einfachem beginnen und entschieden uns unter den vielen chemischen Reaktionen, die in Betracht kamen, für diese. Wir dachten, dass die Raucherzeugung bei der Reaktion des Chlorwasserstoffs und des Ammoniak eine einfache und gut visualisierbare chemische Reaktion ist.
Unser erstes Video
Im Bereich der Mikrobiologie gibt es viele gute Fotos. Das sind Videos, die Prozesse im Innern zeigt. Hier ein paar Beispiele: mRNA-Translation, DNA-Replikation, von der DNA zum Protein, wie die DNA verpackt ist.
Es gibt für die anorganische Chemie jedoch keine vergleichbaren Videos. Ich meine damit, dass es keine Videos gibt, die nicht nur ein schönes Experiment zeigen, sondern auch was im Innern geschieht und auf der Ebene der Moleküle. Jetzt gibt es wenigsten ein solches Video :) Ich hoffe, bald werden es mehr sein.
Stellen wir uns vor, wir haben ein Mikroskop, das eine 100.000.000-fache Vergrößerung ermöglicht. Das ist die Art Vergrößerung, die wir benötigen, um einzelne Atome zu sehen. Wir sehen uns die Sache durch dieses Mikroskop genauer an:
Ich experimentierte das erste Mal am Wochenende mit meinen Kindern daran und es gelang mir, zu zeigen, was wirklich im Innern passiert. Das hilft, hundertmal besser die Chemie zu verstehen als jede Formel. Abonnieren Sie unsere Aktualisierungen und folgen Sie uns auf Twitter, um mehr über die neuen chemischen Experimente mit dem virtuellen Mikroskop zu erfahren.
Bonusaufgabe
Und hier schließlich unsere Bonusaufgabe. Finden Sie den Fehler auf diesem Video. Wir haben mehrere Fehler gemacht, einige künstlerische und einige Flüchtigkeitsfehler, weil wir wenig Zeit hatten. Können Sie sie entdecken? Twittern Sie uns Ihre Antworten!
Siehe auch
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Geheimnisse der Wasserstoffverbrennung
Alle kennen die chemische Formel des Wassers: H2O. Die meisten können die Gleichung für die Reaktion, bei der Wasser entsteht, aufschreiben: 2H2 + O2 = 2H2O.
Aber die wenigsten können erklären, wie diese Reaktion wirklich vor sich geht. Sehen Sie sich hier das Video an, das alles erklärt.