Trockeneis - Mystischer Nebel & falsches Kochen

Ein Stoff, viele interessante Effekte...Trockeneis hat mit gefrorenem Wasser nichts zu tun, sondern es handelt sich hierbei um festes Kohlenstoffdioxid (CO2).

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So sieht zerbrochenes Trockeneis aus

Unter -78,48°C ist der Stoff fest, bei höheren Temperaturen wird er gasförmig, und zwar ohne vorher zu schmelzen, d.h. flüssig zu werden. Daher der Name Trockeneis.

In Anbetracht der Gefahrenhinweise (s.u.) sollte dieses Experiment in Anwesenheit eines Erwachsenen durchgeführt werden.

Anwendung 1 - Die Nebelmaschine

In einen mit Trockeneis (+/- 100 g) gefüllten offenen Behälter schüttet man warmes Wasser. Sogleich steigt aus der nun brodelnden Flüssigkeit ein dichter, weißer Nebel der mit einem Ventilator im Raum verteilt werden kann. Gegenüber herkömmlichen Nebelmaschinen gibt es einen großen Vorteil: die Kälte des entstehenden Nebels lässt ihn in Bodennähe verbleiben. Entgegengesetzt zum Fluidnebel füllt er also nicht den ganzen Raum.

Prinzip 1
Im warmen Wasser sublimiert das Trockeneis, d.h. es wird gasförmig. Die aufsteigenden Gase sind aber noch kalt – die abkühlende Luft umher kann nun weniger Wasserdampf (in der Luft enthaltene Feuchtigkeit) halten. Der Wasserdampf kondensiert: dabei bilden sich feinste Wassertropfen – der für uns sichtbare Nebel. Der Effekt funktioniert besser mit warmem Wasser, da die warme Umgebung eine höhere Luftfeuchtigkeit ergibt, also mehr Wasserdampf vorhanden ist.

Anwendung 2

a - Der sich selbst aufblasende Luftballon

Man gebe ein kleines Stück Trockeneis in einen (unaufgeblasenen) Luftballon und verschließe ihn. Er wird sich wie von Zauberhand selbst aufblasen und auch irgendwann platzen. CO₂ in Gasform dehnt sich auf das 760-fache seines festen Volumens. (Siehe auch: netexperimente.de/chemie)

b - Der explodierende Stöpsel
Ein kleines Stück Trockeneis wird in eine Plastikflasche gelegt, die anschließend mit einem Gummi- oder Korkstöpsel locker verschlossen wird. Bereits nach kurzer Zeit springt der Stöpsel wie durch Zauberhand heraus. (Siehe auch: netexperimente.de/chemie)

Prinzip 2
Das im Trockeneis in Festform enthaltene CO₂sublimiert bei Zimmertemperatur, d.h. es geht in seinen gasförmigen Zustand über und dehnt sich dabei aus: Der Luftballon wird aufgeblasen, der Stöpsel durch den sich bildenden Druck aus der Flasche geschossen.

Anwendung 3 - Brodelnder Zaubertrank

In ein durchsichtiges Gefäß (Zauberschüssel) gibt man mit Rotkohl aufgekochtes Wasser. Zum Rotkohlsaft gibt man so lange Spülmaschinensalz hinzu, bis die Lösung sich grünlich verfärbt. Die grüne Lösung ist die Basis des Zaubertranks. Gibt man ein paar Stücke Trockeneis dazu, färbt der Zaubertrank sich von alleine von Grün nach Blau zu Violett und wird schließlich Rosa.

Prinzip 3
Dieses Experiment basiert zum einen Teil auf dem Prinzip der Anwendung 2: ein mystischer Nebel bildet sich über den Gemischen. Der brodelnde Zaubertrank macht sich aber ein weiteres Phänomen zugute. Ein Teil des aufsteigenden Kohlenstoffdioxids löst sich in der Flüssigkeit, bildet Kohlensäure und verändert dadurch den pH-Gehalt der Lösung - der Rotkohlindikator wechselt vom basischen Zustand in den sauren und ändert dabei die Farbe. Der Effekt lässt sich übrigens auch mit anderen Indikatoren erzielen (Methylrot, Methylorange, Phenolphtalein, Thymolphtalein).

Anwendung 4 - Seifensäulen und fallende Blasen

In ein mit Wasser und Spülmittel gefülltes Becherglas gibt man mit der Zange oder einem dicken Handschuh Trockeneisstücke hinzu. Die Flüssigkeit fängt an zu brodeln – langsam bildet sich ein Turm aus Seifenblasen der sich stetig über den Becherrand hinweg ausbreitet.

Ein weiterer interessanter Effekt lässt sich auf etwas andere Art erzielen. Diesmal bedient man sich einer breiten Schüssel, in der nur warmes Wasser enthalten ist. Man gibt Trockeneisstücke hinzu, bis es brodelt und dampft. Anschließend tränkt man einen langen Stofffetzen (etwas länger als der Durchmesser der Schüssel) in einer vorher zubereiteten Seifenlauge und reibt mit ihm zuerst nur den Rand der Schüssel ab. Dann tränkt man den Fetzen neu und zieht ihn in seiner Länge nach über die Schüssel von einem Rand zum anderen: Eine große Seifenhaut bildet sich über der Schüssel. Langsam steigt nun eine Seifenblase magisch hoch und zerbirst. Dies kann allerdings einige Zeit dauern – ohne gute Überbrückung kann da leicht die dramatische Spannung in der Vorführung verloren gehen. (Siehe auch: netexperimente.de/chemie, www.stevespanglerscience.com)

Prinzip 4
Das ausweichende Kohlenstoffdioxid wird von der Seife in Blasen eingefangen – im ersten Experiment sind diese zwar klein, aber so reichhaltig vorhanden, dass sie sich zu einem Turm aufstapeln und schlussendlich aus dem Glas entweichen. Im zweiten Experiment bildet sich eine große Blase. Das in ihr gefangene Gas drückt sie zunächst nach oben und erweitert die Blase immer mehr, bis sie zerplatzt.

Anschaffung

Kleine Mengen Trockeneis kann man auf Anfrage beim Eishändler (z.B. Oberweis, Namur...) erhalten. Trockeneis wird hier häufig zur Warenkühlung genutzt und kleinere Mengen sind oft auf Anfrage problemlos erhältlich. (Preis: 2-4 € pro kg). Zudem sind bei Luxair Catering am Flughafen direkt mehrere Kilo (min. 10kg) zu haben (Tel: 24565986).

Das Trockeneis taut relativ schnell auf, und da es keine Tiefkühltruhe gibt, die kalt genug ist, sollte man das Eis in möglichst gut isolierten Truhen aufbewahren. 10kg Anfangsgewicht sind trotzdem je nach Isolierung nach 24 Stunden auf mehr als die Hälfte geschrumpft. Pro Effekt braucht man 100 - 500g.

Tipp

Jeder Trockeneiseffekt, bei dem Wasser im Spiel ist, funktionniert viel eindrucksvoller, wenn dieses warm ist. Seifenexperimente kann man mit Hilfe von Lebensmittelfarbe oder fluoreszierenden Farben (Fluorescein, Rodamin) in der Mischung noch weiter aufpeppen.

Gefahrenhinweise

Trockeneis sollte nur mit Handschuhen und/oder einer Zange angefasst werden, denn es ist extrem kalt und kann auf der nackten Haut bereits nach wenigen Sekunden zu starken Kälteverbrennungen führen, bei denen Haut und Gewebe absterben. Bei versehentlichem Hautkontakt sofort entfernen! Nicht in den Mund nehmen und beim Experimentieren immer eine Schutzbrille tragen!

Außerdem muss Trockeneis in gelüfteten Räumen aufbewahrt werden. Das Gas kann sich bei Sublimation auf das 760-fache seines ursprünglichen Volumens ausdehnen: CO₂ ist schwerer als Luft und hält sich am Boden; in Konzentrationen von über 5% ist es in der Atemluft erstickend (und geruchslos, also nicht einfach detektierbar). Auch fest geschlossene Behälter können durch Druckaufbau im Inneren gefährlich werden: Beim Transport das Auto also gut belüften! Kleine Mengen Trockeneis können in der Kühlbox transportiert werden.