Spektrum der Wissenschaft Spezial 2020 Nr 2 - Chemische Überraschungen.pdf

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2.20
SPEZIAL
Physik Mathematik Technik
SPEZIAL Physik Mathematik Technik
Chemische
Überraschungen
Experimente zwischen magischen
Farben und verborgenen Metallen
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FLUORESZENZ
Vom Textmarker zur Geheimtinte
FINGERABDRÜCKE
Spurensicherung mit Bleistift, Büroklammer und Blockbatterie
SYNTHESE
Graphenproduktion im Hobbykeller
ü
T H E M E N AU F D E N P U N K T G E B R AC HT
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ü
Matthias Ducci
ist Professor für Chemie und ihre Didaktik am Institut für
Chemie an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe.
Marco Oetken
ist
Abteilungsleiter und Lehrstuhlinhaber in der Abteilung Chemie der Pädago­
gischen Hochschule Freiburg. Seit 2016 stellen sie in »Spektrum« in der
Rubrik »Chemische Unterhaltungen« faszinierende Experimente vor, die
zum Selbermachen einladen, und sind Autoren sämtlicher Beiträge dieses
Hefts.
EDITORIAL
FASZINIERENDE CHEMIE
Von Matthias Ducci und Marco Oetken
DAS KÖNNTE SIE AUCH INTERESSIEREN:
Spektrum KOMPAKT
»Das Periodensystem – Auf der Spur
der Elemente«
Das Periodensystem feierte 2019 sein
150-jähriges Jubiläum. Aber wie sind sie
überhaupt entstanden, die darin geord-
neten Elemente? Wie schließen Forscher
die noch bestehenden Lücken? Und: Ist
es nicht langsam Zeit für ein neues PSE?
Spektrum KOMPAKT – Themen auf den Punkt gebracht
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Wir wünschen Ihnen eine gute chemische Unterhaltung mit diesem Heft!
Ihre
Matthias Ducci und Marco Oetken
Spektrum
SPEZIAL Physik Mathematik Technik 2.20
ü
3
LUCADP / GETTY IMAGES / ISTOCK
Liebe Leserinnen und Leser, begeben Sie sich mit uns für einen kurzen
Augenblick gedanklich nach London zu Beginn des 19. Jahrhunderts.
Stellen Sie sich vor, Sie betreten für einen symbolischen Penny Eintrittsgeld
das große Auditorium der Royal Institution in der Albermarle Street. In dem voll
besetzten Hörsaal findet ein öffentlicher Experimentalvortrag statt. Vorne steht
ein Chemiker namens Humphry Davy, der mit Hilfe einer Voltaschen Säule
elektrischen Strom erzeugt und diesen auf einen geschmolzenen, weißlichen
Stoff einwirken lässt. Plötzlich bilden sich metallisch glänzende Kügelchen, die
wie Quecksilber aussehen und sich teilweise selbst entzünden. Das Publikum
starrt fasziniert auf das Geschehen!
So oder so ähnlich hat es sich seinerzeit in den legendären Vorlesungen
in London zugetragen. Damals erschienen am nächsten Tag Berichte in den
Tageszeitungen, und das Vortragsthema war Tagesgespräch. Eines war
unstrittig: Chemie ist spannend und besitzt außerdem einen enormen Unter­
haltungswert!
Da wir das auch so empfinden, haben wir 2016 gern zugesagt, für die
Rubrik »Chemische Unterhaltungen« in »Spektrum der Wissenschaft« zu
schreiben. Inzwischen ist eine Fülle von Artikeln zusammengekommen. Eine
Auswahl davon präsentieren wir Ihnen gebündelt in diesem Heft.
Die Beiträge führen Sie in die bunte Welt der chemischen Farbspiele (S. 6),
nehmen Sie mit auf Verbrecherjagd (S. 34) oder zeigen Ihnen, wie ein Lithium­
akku funktioniert (S. 52). Etliche der vorgestellten Versuche können Sie zu
Hause mit einfachen Mitteln sogar selbst durchführen. Beschrieben, aller­
dings nicht zur häuslichen Nachahmung empfohlen, ist auch das eingangs
angeführte Experiment Humphry Davys, das zur Entdeckung der damals noch
unbekannten Alkalimetalle führte.
INHALT
BUNTE CHEMIE
43
EIN DIAMANT IST UNVERGÄNGLICH?
Auf spektakuläre Weise versetzte der Begründer der
modernen Chemie seine Zuschauer einst in Erstaunen.
6
FARBENSPIELE MIT POPPING BOBAS
Chemische Reaktionen werden oft in komplizierten
Apparaturen durchgeführt. Ganz einfach und zugleich
faszinierend geht es hingegen in Bubble-Tea-Bällchen!
48
EXPERIMENTE MIT KOHLENSTOFFDIOXID
Wichtigen Eigenschaften des »Klimakillers« CO
2
kann
man erstaunlich leicht auf die Spur kommen.
12
LIESEGANGSCHE RINGE –
STRUKTURBILDUNG IM REAGENZGLAS
1896 entdeckte Raphael Eduard Liesegang erstmals
ein Beispiel für Selbstorganisation in der Chemie.
Erst ein halbes Jahrhundert später gelang es, solche
Erscheinungen umfassend zu erklären.
VORSICHT, ELEKTRISCH!
52
WIE LITHIUMAKKUS FUNKTIONIEREN
Sie sind die gängigen Stromquellen für moderne
tragbare Elektronikgeräte. Einfache Versionen lassen
sich sogar daheim herstellen.
18
DIE BUNTE WELT DER AZOFARBSTOFFE
Azoverbindungen verleihen Lebensmitteln, Kleidungs-
stücken und weiteren Produkten intensive Farben –
bergen aber gesundheitliche Risiken.
22
LEUCHTEN AN, LEUCHTEN AUS
Textmarker eignen sich nicht nur zum Hervorheben in
Dokumenten, sie sind außerdem eine dankbare Quelle
für eindrucksvolle Experimente.
26
WIE FARBEN ENTSTEHEN
Gelb und Blau ergibt Grün? Nicht zwingend! Wer sich
in die Welt der fluoreszierenden Stoffe begibt, macht
überraschende Entdeckungen.
DETEKTIVARBEIT
EXCLUSIVE-DESIGN / STOCK.ADOBE.COM; BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
30
DIE GEHEIMTINTEN DER CIA
Lange hielt der US-Geheimdienst Rezepte für unsicht-
bare Nachrichten unter Verschluss. Darunter finden
sich neben vielen altbekannten einige ziemlich ausge-
fallene Methoden.
6
FARBENSPIELE MIT POPPING BOBAS
34
SPANNUNG BEI DER VERBRECHERJAGD
Elektrochemische Methoden können dabei helfen,
Fingerabdrücke sichtbar zu machen.
37
SPURENSICHERUNG DANK BLEISTIFT,
BÜROKLAMMER UND BLOCKBATTERIE
Das Prozedere, das speziell ausgebildete Fachleute am
Tatort durchführen, gelingt im Prinzip ebenso mit
Haushaltsgegenständen.
FORMEN DES KOHLENSTOFFS
MARIUSZ_PRUSACZYK / GETTY IMAGES / ISTOCK
40
GRAPHENPRODUKTION IM HOBBYKELLER
Graphen besitzt einzigartige Eigenschaften und gilt
als Material der Zukunft. Die gerade mal atomdicken
Folien herzustellen, ist gar nicht schwer.
18
DIE BUNTE WELT DER AZOFARBSTOFFE
4
Spektrum
SPEZIAL Physik Mathematik Technik 2.20
ü
30
DIE GEHEIMTINTEN
DER CIA
56
MIT LEGIERUNGSAKKUS IN DIE ZUKUNFT
Wiederaufladbare Batterien, die auf Lithium-Metall-
Legierungen basieren, könnten bis zu zehnmal leistungs-
fähiger sein als herkömmliche Akkus.
MATTHIAS DUCCI
60
INTELLIGENTE FENSTER AUS BERLINER BLAU
Mit einem Pigment, das schon vor mehr als 300 Jahren
weite Verbreitung fand, lässt sich Glas elektrisch
abdunkeln und wieder aufhellen.
JOSEPH ASSCHER & CIE: THE CULLINAN DIAMOND,
A SERIES OF 15 PHOTOGRAPHS SHOWING VARIOUS STAGES
OF THE CUTTING. AMSTERDAM, 1909 / PUBLIC DOMAIN
64
EINE »ATMENDE« STROMQUELLE
43
EIN DIAMANT
IST UNVERGÄNGLICH?
Ein simples Exemplar einer Batterie, die Luftsauerstoff
zur Stromerzeugung nutzt, kann jeder mit einer Cola-
Dose und Aktivkohle selbst bauen.
BEGEHRTE METALLE
68
FRÜHER UNERSCHWINGLICH,
HEUTE ALLERWELTSSTOFF
Weil Aluminium äußerst reaktionsfreudig ist, wurde es
erst ziemlich spät entdeckt. Es ließ sich zunächst nur
schwer herstellen, so dass es kostbarer war als Gold.
74
DIE LANGE JAGD NACH DEN
VERBORGENEN ELEMENTEN
Sie sind weich wie Butter und reagieren explosions-
artig, wenn man sie mit Wasser beträufelt: Die Alkali-
metalle verhalten sich ganz ungewöhnlich. Ihrer Ent-
deckung haben sie sich lange widersetzt.
GENTEX CORPORATION
60
INTELLIGENTE FENSTER AUS BERLINER BLAU
78
MINIBÄUME AUS SILBER, ZINN UND CO.
Auch Chemiker können Fraktale erzeugen – und sogar
live unter dem Mikroskop verfolgen, wie die hoch-
gradig verzweigten Strukturen bei Fällungsreaktionen
entstehen.
MARCO OETKEN, NACH WITTEN, T.A., SANDER, L.M.: DIFFUSION-LIMITED AGGREGATION. PHYSICAL REVIEW LETTERS 47, 1981
3 EDITORIAL ∙ 67 IMPRESSUM ∙ 82 VORSCHAU
Titelbild: Kesu01 / Getty Images / iStock
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MINIBÄUME
AUS SILBER, ZINN UND CO.
ü
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