MINT 8. Klasse · Mikro- und Nanokosmos · 10–15 Minuten Präsentation
Worum geht es?
Ein Wasserläufer-Insekt läuft über Wasser, obwohl es dichter als Wasser ist. Eine Büroklammer schwimmt auf der Wasseroberfläche. Und warum zieht sich eine Seifenblase immer zu einer Kugelform zusammen? All das hat mit Oberflächenspannung zu tun – einer Kraft, die im Alltag kaum auffällt, aber auf der kleinen Skala dominiert. Auf der Nanoskala verhält sich das noch viel ausgeprägter: Je kleiner ein Objekt, desto mehr dominieren Oberflächen- gegenüber Volumenkräften. Das ist einer der grundlegenden Unterschiede, die die Nanowelt so besonders machen.
Lernziele
Hintergrundinformationen für die Präsentation
Oberflächenspannung entsteht, weil Wassermoleküle an der Oberfläche keine Nachbarn auf einer Seite haben – sie werden von innen stärker angezogen als von aussen. Das erzeugt eine Art elastische «Haut». Spülmittel stört diese Anziehungskräfte, weil es die Oberflächenspannung stark reduziert.
Das Entscheidende für die Nanowelt: Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen steigt enorm, wenn Objekte kleiner werden. Ein Würfel mit Kantenlänge 1 cm hat ein Oberflächen/Volumen-Verhältnis von 6. Wenn man ihn in 1-nm-Würfel zerteilt, steigt das Verhältnis auf 6 Milliarden. Nanopartikel haben also extrem viel Oberfläche im Vergleich zu ihrem Volumen – deshalb verhalten sie sich chemisch und physikalisch völlig anders als grobe Körner desselben Materials.
Experiment 1: Münze auf Wasser
Legt eine Büroklammer oder eine kleine Münze vorsichtig (waagrecht, nicht fallen lassen) auf die Wasseroberfläche. Sie bleibt schwimmen, obwohl Metall dichter als Wasser ist. Beobachtet die Delle, die das Objekt in die Wasseroberfläche drückt – das ist die Oberflächenspannung sichtbar gemacht.
Experiment 2: Spülmittel-Pfeffer-Demo
Streut Pfefferpulver auf eine ruhige Wasseroberfläche in einem Teller. Der Pfeffer liegt oben auf der Oberflächenspannung. Taucht dann einen mit einem Tropfen Spülmittel benetzten Finger in die Mitte – der Pfeffer flieht schlagartig nach aussen! Das Spülmittel zerstört die Oberflächenspannung in der Mitte, das Gleichgewicht bricht zusammen.
Materialien
Gliederung der Präsentation
Fragen ans Publikum