Archiv - Adventsrätsel 2020
Aufgabe - 4. Advent:
Welcher weihnachtliche Ausdruck ist nicht mit Elementsymbolen buchstabierbar?
a) White Snow
b) Chocolate Cookies
c) Winter Wonderland
d) Candy Canes
Auflösung - 4. Advent:
richtige Antwort: c)
Der weihnachtliche Begriff der sich nicht mit Elementsymbolen schreiben lässt war: Winter Wonderland.
Die heutige Elementsymbolik wurde übrigens schon 1814 von Chemiker Jakob Berzelius eingeführt und orientiert sich häufig am lateinischen Namen der Elemente. Einige Elemente sind aber auch nach Städten, Ländern oder Kontinenten benannt, andere nach der Herkunft ihrer Entdecker (Francium, Scandium). Weitere erinnern an bedeutende Naturwissenschaftler (Einsteinium, Mendelevium). Und wieder andere leiten sich von ihren Eigenschaften ab (Blei: lat. plumbeus: stumpf oder Caesium: lat. caesius: himmelblau).
Aufgabe - 3. Advent:
Welches Element ist nicht in Wunderkerzen enthalten?
a) Sauerstoff
b) Eisen
c) Platin
d) Titan
Auflösung - 3. Advent:
richtige Antwort: c)
Die Funken von Wunderkerzen entstehen durch das Verbrennen von kleinen Metallspänen, üblicherweise Eisen, Aluminium oder Titan. Aluminium und Titan brennen grellweiß, Eisen eher gelblich. Für weitere Farben können andere Elemente beigefügt werden. Platin hingegen ist ein seltenes Edelmetall, dass weder reaktiv noch preiswert genug ist, um in Wunderkerzen verwendet zu werden.
Aber Wunderkerzen können noch viel mehr! Wie ihr im Video seht, geht eine normale Kerze aus, sobald nicht mehr genug Sauerstoff vorhanden ist. Die Wunderkerze hingegen brennt weiter… denn sie kann ihren eigenen Sauerstoff produzieren. Wunderkerzen enthalten üblicherweise Bariumnitrat, in dem Sauerstoff gebunden ist. Aber Vorsicht: neben Sauerstoff produzieren Wunderkerzen bei der Verbrennung auch gesundheitsschädliche Gase und brennen bei über 1000°C. Das Experiment solltet ihr also lieber bewundern als selber ausprobieren.
Aufgabe - 2. Advent:
Was wäre Weihnachten ohne den aromatischen Duft von Plätzchen und Tanne? Aber was heißt eigentlich aromatisch? Laut Duden hat „aromatisch“ zwei Bedeutungen: (1) voller Aroma (2) aromatische Verbindungen. Ein Aroma ist ein ausgeprägter, oft angenehmer, Geschmack oder Duft. Aromatische Verbindungen, auch als Aromaten oder Arene bezeichnet, sind jedoch eine Klasse chemischer Verbindungen. Aromaten sind Moleküle, die mindestens ein ebenes Ringsystem mit konjugierten Doppelbindungen aufweisen und die Hückel-Regel erfüllen. Der Name Aromat hat sich aufgrund der zahlreichen aromatischen Verbindungen mit angenehmen Gerüchen entwickelt. So riecht Benzaldehyd beispielsweise nach Marzipan.
Welches Weihnachtsaroma ist kein Aromat?
a) Vanillin
b) Zimtaldehyd
c) Bornylacetat (Weihnachtsbaum)
d) Eugenol (Gewürznelken)
Auflösung - 2. Advent:
richtige Antwort: c)
Vanillin, Zimtaldehyd und Eugenol sorgen nicht nur für weihnachtliche Gerüche, sondern sind auch alle drei Aromaten. Nur Bornylacetat ist keine aromatische Verbindung und damit die richtige Antwort in unserem Gewinnspiel zum 2. Advent.
Alle drei Aromaten lassen sich in diesem Fall gut am Benzolring erkennen, einem Ring aus sechs Kohlenstoffatomen mit drei konjugierten Doppelbindungen. Da Benzol mit der Endung -ol, wie bei Alkoholen, irreführend ist, wurde von der IUPAC die Bezeichnung Benzen eingeführt. Die Struktur des Benzens gab Wissenschaftlern lange Rätsel auf. Denn normalerweise ist eine Doppelbindung kürzer als eine Einfachbindung, im Benzen sind jedoch alle Bindungen gleich lang. Das liegt an einer Delokalisation der Bindungselektronen, die auch für das besonders günstige Energieniveau der Aromate sorgt. Neben den Aromaten mit Benzolring gibt es noch viele weitere Arten, mit Nicht-Kohlenstoff-Atomen und verschiedenen Anzahlen von Atomen im Ring. Der „kleinste“ Aromat hat einen Ring mit drei Atomen.
Der volle Name von Bornylacetat ist übrigens Essigsäurebornylester. Bornylacetat ist kein Aromat, sondern ein Ester. Auch viele Ester sind bekannt für ihren intensiven Geruch, so riecht z.B. Ethansäurepentylester nach Banane, Ethansäurehexylester nach Erdbeere und Butansäuremethylester nach Ananas.
Aufgabe - 1. Advent:
Kerzen sind nicht nur dekorativ, sondern haben auch einiges drauf. Was gehört nicht dazu?
a) Kürzlich ist es einem Forscherteam gelungen, Wasser so stark mit Sauerstoff anzureichern, dass eine gewöhnliche Kerze auch unter Wasser brennen kann.
b) Neuartige „Feuerzeuge“, die auf Lichtbögen basieren, haben bereits in viele Haushalte Einzug gehalten. Doch mit einer Spannungsquelle kann man Kerzen nicht nur anzünden, sondern auch löschen - wenn die Spannung nur hoch genug ist.
c) Auch Astronauten können sich (theoretisch) an Kerzen erfreuen. Denn solange Kerzen von einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre umgeben sind, können sie auch in der Schwerelosigkeit brennen - und zwar mit einer kreisrunden Flamme.
d) Der Kerzenrauch, der sich unmittelbar nach dem Löschen einer Kerze bildet, kann wieder angezündet werden, damit auch die Kerze selbst wieder entflammt - auch wenn man das Feuerzeug mehrere Zentimeter von der Kerze entfernt hält.
Auflösung - 1. Advent:
richtige Antwort: a)
Die chemische Grundlage der Weihnachtskerzen ist die Verbrennungsreaktion. Für die Verbrennung werde drei Dinge benötigt: ein Brennstoff, ein Oxidationsmittel und ausreichend Energie für die Zündung. Im Falle der Kerze ist der Brennstoff das Kerzenwachs und das Oxidationsmittel Sauerstoff. Die Flammtemperatur von Kerzenwachs bei ca. 250°C kann z.B. durch ein Streichholz zugeführt werden. Mit dieser Information lässt sich auch schon unser erstes Adventsrätsel beantworten.
a) Eine klassische Kerze, die unter Wasser brennt, wurde noch nicht entwickelt. Für Verbrennungen werden drei Dinge benötigt: Ein Brennstoff, ein Oxidationsmittel z.B. Sauerstoff und genug Energie für die Zündung. Selbst wenn man Wasser mit genügend Sauerstoff anreichern könnte, wäre es nicht möglich, das Wasser ausreichend zu erhitzen, damit es die Flammtemperatur von Kerzenwachs (ungefähr 250 °C) erreicht - es würde lange davor verdampfen.
b) Bei Kerzenflammen handelt es sich um ein Plasma, das heißt, dass die Teilchen teilweise getrennt in Form von positiven Ionen und freien Elektronen vorliegen. Da die geladenen Teilchen auf elektrische Felder reagieren, wird die Kerzenflamme im Kondensator in eine Richtung „gezogen“. Wenn die Spannung groß genug ist, kann die Kerzenflamme so weit auseinander gezogen werden, dass sie erlischt.
c) Die typische Form einer Kerzenflamme ergibt sich dadurch, dass heiße Luft nach oben steigt und dabei andere Teilchen aus der Kerzenflamme mitreißt. In der Schwerelosigkeit kann sich solch ein Luftstrom nicht einstellen, wodurch sich tatsächlich eine runde Kerzenflamme bildet. Da dann der für die Verbrennung nötige Sauerstoff auch schwerer zur Mitte der Flamme gelangt, leuchtet die Flamme durch den Sauerstoffmangel in einem fahlen Blauton.
d) Der Kerzenrauch enthält eine ganze Reihe unverbrannter Rußpartikel und weiterer Teilchen. Zündet man den Kerzenrauch nun an, gehen diese in Flammen auf - und setzen so eine Kettenreaktion in Gang, durch die die Flamme wieder zurück zum Docht wandert und diesen erneut entzündet. Auf diese Weise kann man eine gerade erloschene Kerze berührungslos wieder anzünden.
Archiv - Adventsrätsel 2019
Aufgabe - Heiligabend:
Was wäre die Weihnachtszeit ohne Zucker? Keine Plätzchen, kein Glühwein, keine Schokolade. Der gewöhnliche Haushaltszucker enthält Glucose. Aber man kennt auch Milchzucker, die Lactose, oder Fruchtzucker, die Fructose. Was haben alle diese Zucker gemeinsam? Genau: sie enden auf die Silbe „-ose“. Damit werden in der Chemie allgemein Zucker benannt.
Welchen weihnachtlichen Zucker gibt es wirklich? Tipp: Der Zucker ist Bestandteil der Verbindung Rudolphomycin.
a) Santaclose
b) Rednose
c) Christmose
Auflösung - Heiligabend
korrekte Antwort: b) Rednose
Der Name Rednose wurde von Doyle in seinem 1978 erschienenen Paper „Antitumor Agents from the Bohemic Acid Complex“ eingeführt. Es handelt sich um einen Bestandteil des Antitumor-Wirkstoffs Rudolphomycin. Dieses ist übrigens nicht nach Rudolph dem Rentier benannt, sondern wurde von seinem Entdecker Nettleton nach einer Figur in der Weihnachtsoper „La Bohème“ von Puccini benannt. Es wurde im Fermentationsprodukt einer Bakterie entdeckt, gemeinsam mit sechs weiteren ebenfalls nach Figuren der Oper benannten Verbindungen. Der Oberbegriff der Verbindungen ist wenig überraschend „bohemic acid“.
Um einen weltweiten Austausch zu ermöglich werden chemische Verbindungen meist nach den IUPAC-Richtlinien benannt. Diese Namen sind jedoch meist kompliziert. Um einen leichteren Umgang zu ermöglichen werden darum sogenannte Trivialnamen eingeführt. Die Entdecker der Verbindungen dürfen dafür Vorschläge machen. Wir finden diesen weihnachtlichen Vorschlag besonders schön!
Aufgabe - 4. Advent:
Jeder wünscht sich zu Weihnachten Schnee. Aber für Schnee muss es auch schön kalt draußen sein. Zum Glück kann man sich Abhilfe schaffen mit sogenannten Taschenwärmer. Das sind mit einer Salzlösung gefüllte Taschen, die ein kleines Metallplättchen enthalten. Knickt man nun dieses Plättchen wird die Lösung fest und der Taschenwärmer wird warm. Aber wieso passiert das eigentlich?
Warum muss das kleine Metallplättchen vom Taschenwärmer geknickt werden, damit er warm wird?
a) Im Plättchen befindet sich eine spezielle Chemikalie, die beim Knicken freigesetzt wird.
b) Das Plättchen funktioniert wie eine kleine Heizung, wenn man es knickt, wird es heiß.
c) Beim Knicken wird das Plättchen magnetisch.
d) Das Knicken führt die nötige Aktivierungsenergie zu.
Auflösung - 4. Advent
korrekte Antwort: d) Das Knicken führt die notwendige Aktivierungsenergie zu.
Taschenwärmer sind meist mit in Wasser gelöstem Natriumacetat gefüllt, das als unterkühlte Schmelze vorliegt. Wird nun das kleine Metallplättchen geknickt, führt es die nötige Aktivierungsenergie zu und das Natriumacetat kristallisiert. Es handelt sich bei Natriumacetat um einen Latentwärmespeicher, das heißt ein Großteil der thermischen Energie ist im Phasenwechsel von flüssig nach fest gespeichert. Die Schmelztemperatur von Natriumacetat-Trihydrat liegt bei ca. 58°C. Der Vorgang ist reversibel, das heißt durch Erwärmen des Taschenwärmers über die Schmelztemperatur (z.B. in heißem Wasser) wird das Salz wieder geschmolzen und der Taschenwärmer kann erneut verwendet werden. Beim Schmelzen nimmt das Natriumacetat-Trihydrat Energie auf, die beim erneuten Kristallisieren freigesetzt wird und unsere Hände erwärmt.
Aufgabe - 3. Advent:
Langsam wird es Zeit den Baum zu schmücken. Aber auch das wäre nur halb so schön ohne Chemie. Denn ohne Chemie würden die Christbaumkugeln nicht so schön glänzen. Die Silberbeschichtung wurde schon 1870 von Justus von Liebig entdeckt. Hierzu wird Silbernitrat-Lösung mit Ammoniak-Lösung versetzt und anschließend zum Beispiel Glucose zugegeben. Jetzt nur noch ein bisschen in heißem Wasser schwenken und die Christbaumkugel ist versilbert. Kommt dir bekannt vor? Genau, in der Schule wird dieselbe Reaktion zum Nachweis von Aldehyden genutzt.
Welche Nachweisreaktion für Aldehyde funktioniert nach demselben Prinzip?
a) Tollens-Probe
b) Fehling-Probe
c) Schiffsche Probe
d) Knallgasreaktion
Auflösung - 3. Advent
korrekte Antwort: a) Tollens-Probe
Christbaumkugeln werden nach demselben Verfahren versilbert, das auch für die Tollensprobe (auch genannt Silberspiegelprobe) genutzt wird. Die Tollensprobe weist Aldehyde nach. Hierfür wird eine Silbernitrat-Lösung mit Ammoniak versetzt. Wird nun ein Aldehyd dazugegeben, fällt Silber aus. Der Ammoniak ist nötig, um das Gleichgewicht zu verschieben. Es handelt sich um eine Redoxreaktion, bei der das Aldehyd zu einer Carbonsäure oxidiert wird. Genau genommen liegt das Silber übrigens als Silberammin-Komplex vor und nicht als reine Silberionen. Dieselbe Reaktion wird auch zur Herstellung von Spiegeln verwendet. Aber echte Chemiker verspiegeln natürlich Reagenzgläser!
Aufgabe - 2. Advent:
Advent, Advent, ein Lichtlein brennt... Besonders weihnachtlich wird es, wenn die ersten Kerzen angezündet werden. Als richtiger Chemiker pustet man die Kerzen aber nicht aus, sondern man benutzt… genau: Backpulver! Dazu mischt man einfach in einem Glas Backpulver mit Essig und hält die Öffnung über die Kerze. Und schon ist die Kerze aus! ... Glaubst du nicht? Dann schau dir mal das Video an!
Welches Gas entsteht bei der Reaktion von Backpulver mit Essig?
a) Stickstoffdioxid
b) Wasserstoff
c) Sauerstoff
d) Kohlenstoffdioxid
Auflösung - 2. Advent
korrekte Antwort: d) Kohlenstoffdioxid
Ein richtiger Chemiker löscht seine Adventskerzen mit Backpulver und Essig. Backpulver enthält nämlich Natriumhydrogencarbonat, das mit der Säure reagiert und dabei Kohlenstoffdioxid freisetzt. Kohlenstoffdioxid ist schwerer als Luft und fließt aus dem Glas direkt auf die Kerze. Die Kerze braucht aber Sauerstoff zum Brennen und geht darum aus. Die Gasfreisetzung von Backpulver wird normalerweise zum Auflockern von Kuchen, Brot und natürlich Plätzchen benutzt. Handelsübliches Backpulver besteht neben Natriumhydrogencarbonat aus einem Säuerungsmittel und einem Trennmittel. Mit Feuchtigkeit und Wärme setzt es im Backofen Kohlenstoffdioxid frei und der Kuchen geht auf. Auch andere Triebmittel setzen übrigens CO2 frei, zum Beispiel Hefe und Hirschhornsalz.
Aufgabe - 1. Advent:
Was an Weihnachten selbstverständlich nicht fehlen darf, sind die Plätzchen. Besonders gerne mag Max Vanillekipferl. Dass die so gut nach Vanille schmecken, liegt am Aromastoff „Vanillin“. Auf der Verpackung liest Max, dass das Vanillin ein „natürliches Aroma“ ist. Als „natürliches Aroma“ gelten laut Verordnung 1334/2008 des europäischen Parlaments: „Aromastoffe, die durch geeignete physikalische, enzymatische oder mikrobiologische Verfahren aus pflanzlichen, tierischen oder mikrobiologischen Ausgangsstoffen gewonnen werden“.
Woraus stellte die japanische Wissenschaftlerin Mayu Yamamoto in ihrer 2008 veröffentlichten Studie "natürliches" Vanillin her?
a) Kurkuma
b) Altpapier
c) Kuhdung
d) Erdöl
Auflösung - 1. Advent:
korrekte Antwort: c) Kuhdung
In ihrer Studie hat die japanische Wissenschaftlerin Mayu Yamamoto gezeigt, das Vanillin durch das Erhitzen von Kuhdung gewonnen werden kann und damit einen IG Nobel Price – einen Preis für Forschung, die erst zum Lachen und dann zum Denken anregt – gewonnen. Kuhdung enthält nämlich Lignin aus dem Futter, das die Kühe gefressen haben. Dieses Lignin kann in Vanillin umgesetzt werden. Tatsächlich stammen mehr als 99% des produzierten Vanillins nicht aus Vanilleschoten. Ganz so exotisch wie Kuhdung muss es aber nicht sein, häufig wird das Lignin aus Papierabfällen gewonnen. Aber auch biotechnologisch kann Vanillin hergestellt werden, zum Beispiel aus Kurkuma, Nelkenöl oder Glucose. Der Vorteil: wird das Vanillin biotechnologisch und aus natürlichen Rohstoffen gewonnen, so darf es offiziell als „natürliches Aroma“ bezeichnet werden. Anders ist das zum Beispiel bei Vanillin aus Erdöl, das durch chemische Prozesse gewonnen wird.
