Legt man eine Büroklammer auf Wasser, so geht sie unter – klar. Unter bestimmten Umständen kann sie jedoch auch auf Wasser schwimmen, wie in diesem Experiment zu sehen ist. Interessant ist auch die Frage, was geschieht, wenn man dann noch etwas Spülmittel in das Wasser gibt. (Mehr Experimente mit Wasser)
Was wird für dieses Experiment gebraucht?
- ein Glas Wasser
- Büroklammer
- ein Stückchen Papiertaschentuch oder Löschpapier
- etwas Spülmittel oder Seife
Was ist bei diesem Experiment zu tun?
Man nehme das Stückchen Papiertaschentuch oder Löschpapier, das gerade so groß ist, dass die Büroklammer darauf Platz hat, lege es auf das Wasser und setzte vorsichtig die Büroklammer darauf. Siehe da: Das Papier geht unter, die Büroklammer schwimmt. Man kann auch versuchen, das Glas so weit mit Wasser zu füllen, dass sich der Wasserspiegel etwas über den Rand des Glases wölbt. Dann schiebt man die Büroklammer vorsichtig auf den „Wasserhügel“. Will all dies nicht klappen, hilft es manchmal, die Büroklammer ganz leicht einzufetten – indem man sie beispielsweise an Stirn oder Nase reibt. Wenn die Büroklammer dann schwimmt, kann man einen kleinen Tropfen Spülmittel oder etwas Seife ins Wasser geben und beobachten, was geschieht.
Was ist bei diesem Experiment geschehen?
Die Büroklammer schwimmt aufgrund seiner Oberflächenspannung auf dem Wasser. Spülmittel oder Seife zerstören diese Oberflächenspannung und die Büroklammer geht unter. Je nachdem, wie hoch der Wasserspiegel im Glas war, läuft dieses auch über.
Die Oberflächenspannung des Wassers entsteht, weil sich Wassermoleküle gegenseitig anziehen. Für ein Molekül im Inneren des Wassers wirken diese Anziehungskräfte von allen Seiten – oben, unten, rechts und links. An den Molekülen der Wasseroberfläche wird jedoch nur von unten und der Seite gezogen, sodass die oberste Wasserschicht eine besondere Stabilität besitzt und wie eine Haut auf dem Wasser liegt. Dies ist in diesem Experiment deutlich zu erkennen.
Spülmittel wie auch Seife wiederum bestehen aus sogenannten Tensiden. Ihre Moleküle haben einen wasserliebenden und einen wasserabweisenden Anteil. Gibt man Spülmittel oder Seife auf Wasser, so wendet sich der wasserliebende Teil den Wassermolekülen zu und drängt sich zwischen diese. Dadurch wird die Oberflächenspannung des Wassers verringert. Der Rest des Tensidmoleküls schaut aus dem Wasser heraus. Erst wenn an der Wasseroberfläche kein Platz mehr ist, verteilen sich die Tenside auch im Wasser.
Dieses Phänomen im Alltag und die Physik der Seifenblase
Der wohl schönste Aspekt der Oberflächenspannung sind sicherlich Schaum und Seifenblasen. Eine Seifenblase ist nichts anderes als eine dünne Wasserschicht, an deren Außen- und Innenseite jeweils ein Seifenfilm anliegt. Die wasserliebenden Anteile der Seife sind dem Wasser zugewandt, der Rest hängt in der Luft. Durch die Seife wird die Oberflächenspannung des Wassers so weit verringert, dass die Blasen ausreichend Stabilität erhalten. Rührt man Seifenblasenflüssigkeit mit zu wenig Seife an, so ist die Oberflächenspannung zu hoch und die Blasen platzen sofort.
Die Seifenmoleküle verhindern außerdem, dass das Wasser zu schnell verdunstet, denn Austrocknen ist der Tod der Seifenblase. Wer schon einmal an einem regnerischen Tag Seifenblasen gemacht hat, weiß, dass diese bei hoher Luftfeuchtigkeit besonders lange leben. Nebel oder Nieselregen ist ideales Seifenblasenwetter.
Oberflächenspannung ist auch der Grund, weshalb ein undichter Wasserhahn tropft und das Wasser nicht einfach im dünnen Strahl herausläuft. Wasser ist immer bestrebt, seine Oberfläche möglichst klein zu halten, und bildet daher Tropfen. Wenn so viel Wasser an der Hahnöffnung hängt, dass die Gewichtskraft, die den Wassertropfen nach unten zieht, größer ist, als die Haftkräfte, die das Wasser am Wasserhahn halten, fällt der Tropfen.
Spült man fettiges Geschirr mit Spülmittel, so halten die Tensidmoleküle ihren wasserabweisenden Teil in das Fett hinein, während der wasserliebende Teil im Wasser bleibt. Ist ein Fetttröpfchen ganz von einer Tensidschicht umgeben, lässt es sich leicht wegspülen.
Weitere Experimente mit Wasser
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Experiment 2: Das Wasser-Spüli-Motorboot
Experiment 3: Warum schwimmt ein Schiff oder sogar Beton?
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Physikalischer Mini-Experiment mit Wasser: Zauberfinger im Pfefferwasser
Streut man gemahlenen Pfeffer in einen Suppenteller mit Wasser und taucht dann eine Fingerspitze mit etwas Seife oder Spülmittel in das Wasser, springt der Pfeffer auseinander.
