Auftrag 1:
Um die Herstellung von Aerogelen zu verstehen, wollen wir bei der Wette von Samuel Kistler ansetzen und selbst probieren, Hydrogele herzustellen und anschließend zu trocknen.
Wir empfehlen, mehrere verschiedene Gele auszuprobieren, da sie sich unterschiedlich verhalten. Du kannst dich aber auch für ein Rezept entscheiden.
Welche Zutaten du benötigst und wie du die Gele herstellst, kannst du lesen, wenn du die folgenden Abschnitte anklickst. Dann klappt sich jeweils die Zutatenliste bzw. die Anleitung aus.
- 1 Päckchen Götterspeise
- 1 EL Zucker (falls du später probieren möchtest, für die Aerogelherstellung besser weglassen)
- 1 Esslöffel zum Abmessen
- 1 Löffel o.a. zum Umrühren
- 125 ml Wasser
- Wasserkocher
- Messbecher (um 50 ml und 75 ml Wasser abzumessen)
- 1 Schüssel für die Götterspeise
Gib 1 Päckchen Gelatine (und wenn du möchtest 1 EL Zucker) in eine Schüssel und rühre diese mit 50 ml heißem Wasser an, bis alles gelöst ist. Gib dann 75 ml kaltes Wasser hinzu. Fülle die Flüssigkeit in eine Eiswürfelform und lasse sie abkühlen und fest werden (im Kühlschrank geht es schneller). Du kannst sie auch in der Schüssel fest werden lassen und dann in gleichmäßige Würfel schneiden.
- 25 g Stärke (Mais- oder Kartoffelstärke)
- Kochplatte/Herd mit kleinem Topf und Schneebesen
- Messbecher (für 100 ml Wasser) oder Waage
- 1 Eiswürfelform zum Erkalten lassen oder eine Schüssel und ein Messer
Rühre 25 g Kartoffel- oder Maisstärke mit 1 EL kaltem Wasser an. Koche 100 ml Wasser in einem Topf auf dem Herd auf und schalte dann die Kochplatte aus. Gib die angerührte Stärkemischung in das heiße Wasser und lasse sie unter dauerndem Rühren eine halbe Minute kochen. Fülle sie dicklich gewordene Masse in eine Eiswürfelform und lasse sie abkühlen und fest werden (im Kühlschrank geht es schneller). Du kannst sie auch in der Schüssel fest werden lassen und dann in gleichmäßige Würfel schneiden.
- 1 Päckchen Agar Agar
- 1 EL Zucker (falls du später probieren möchtest, für die Aerogelherstellung besser weglassen)
- Kochplatte/Herd mit kleinem Topf und Schneebesen
- 1 Eiswürfelform zum Erkalten lassen oder eine Schüssel und ein Messer
Gib 250 ml Wasser in einen Topf und rühre 3 g bzw. circa 1,5 TL Agar-Agar (und wenn du möchtest 1 EL Zucker) in die noch kalte Flüssigkeit. Koche das Gemisch auf und lasse es für circa zwei Minuten auf mittlerer Stufe köcheln. Fülle es anschließend in die Eiswürfelform und lasse es abkühlen und fest werden (bei Raumtemperatur oder schneller im Kühlschrank). Du kannst es auch im Topf fest werden lassen und dann in gleichmäßige Würfel schneiden. Hinweis: Im Gegensatz zum klassischen Tortenguss wird Agar-Agar erst beim Erkalten fest.
- 15 g Natriumalginat und 1/2 Liter Wasser
- 25g Calciumchlorid und 1,5 Liter Wasser
- Ein elektrisches Rührgerät oder eine Küchenmaschine
- 2 große Gefäße für mindestens 1/2 bzw. 1,5 Liter Flüssigkeit
- 1 Einwegspritze (ohne Kanüle) oder eine Tortenguss-Spritze
Für das Experiment musst du zwei Lösungen ansetzen: eine Alginat- und eine Calciumchlorid-Lösung. Durch das Tropfen der Alginat-Lösung in die Calciumchlorid-Lösung bilden sich anschließend feste Gel-Perlen.
a) Herstellung Alginat-Lösung
Gib 15 g Alginat-Pulver zu einem halben Liter Wasser dazu. Alginat löst sich nicht so leicht auf, deswegen solltest du einen Mixer / eine Küchenmaschine oder ähnliches benutzen. Kräftiges Umrühren mit einem Schneebesen funktioniert bestimmt auch, wird aber sicher länger dauern und es können sich Klumpen bilden! Beim Auflösen des Alginats wird die Lösung allmählich zähflüssiger: Wenn sie klar und zähflüssig ist, bist du fertig. Manchmal bilden sich einige Alginat-Klumpen, die besonders schwer aufzulösen sind. Diese kannst du notfalls mit einem Esslöffel aus der Lösung herausfischen.
b) Herstellung Calciumchlorid-Lösung
Gib 25 g Calciumchlorid-Pulver zu 1,5 Litern Wasser dazu und rühre um, bis das Calciumchlorid komplett aufgelöst ist. Das geschieht normalerweise in wenigen Minuten, denn Calciumchlorid ist gut in Wasser löslich.
Nun kannst du die Alginat-Lösung gelieren: Die einfachste Möglichkeit ist es, die Alginat-Lösung allmählich in die Calciumchlorid-Lösung hineinzutropfen, z.B. mit einer Spritze aus der Apotheke oder einer Tortengussspritze. Je nachdem wie du die Alginat-Lösung zutropfst, kannst du unterschiedliche Gelformen erzeugen. Versuche einmal, perfekt runde Partikel wie in dem Bild in Mission 2e herzustellen. Wenn du dir unsicher bist, kannst du dir das Video zur Alginat-Herstellung dort in der Mission anschauen!
Hiermit hast du den ersten Schritt einer Alginat-Aerogel-Herstellung abgeschlossen und ein Alginat-Hydrogel erhalten.
Im Anschluss kannst du die Partikel einfach aus der Lösung fischen oder absieben.
Hydrogele trocknen
Versuchsdurchführung:
Nimm die Gele aus Versuch 1 und probiere, sie zu trocknen, ohne dass sie dabei schrumpfen. Das kann entweder an der Luft geschehen (dauert mehrere Tage) oder im Backofen. Vielleicht fallen dir auch noch andere Möglichkeiten ein. Wir haben Gele und Obst im Backofen 4 Stunden bei 70 °C Umluft bzw. 9 Stunden bei 50 °C Umluft auf einem Blech, das mit Backpapier ausgelegt war, getrocknet.
Wichtig: Überlege dir erst, wie du den Versuch auswerten willst (siehe Abschnitt “Auswertung” unten). Du solltest deine Hydrogele vor dem Trocknen und hinterher messen und am besten auch fotografieren.
Anmerkung:
Neben den „glibberigen“ Gelen kannst du auch Obst nehmen, das ja ebenfalls viel Feuchtigkeit gebunden hat. Zum Beispiel so:
- Schäle einen Apfel oder ein Stück Gurke und schneide ein ca. 2x2x2 cm großes würfelförmiges Stück heraus.
- Wenn du Weintrauben oder Blaubeeren verwenden möchtest, kannst du sie im Ganzen benutzen.
- Bananen solltest du schälen und in gleichmäßige ca. 2 cm dicke Scheiben schneiden.
Auswertung:
- Beschreibe: Wie verhalten sich deine Gele beim Trocknen?
- Miss, wie sich Länge, Breite, Höhe und Gewicht mit der Zeit verändern. Aus Länge, Breite und Höhe kannst du auch das Volumen ausrechnen und sehen, wie es sich verändert.
- Stelle deine Ergebnisse in einem Protokoll dar. Du kannst dir dafür unser Muster-Protokoll herunterladen.
- Schau dir die Ergebnisse an. Ist es dir gelungen, das Schrumpfen zu vermeiden?
Die Versuchsanleitung gibt es auch hier zum Ausdrucken.
Auftrag 2:
Wie verhalten sich deine Gele beim Trocknen? Miss, wie sich Länge, Breite, Höhe und Gewicht mit der Zeit verändern. Aus Länge, Breite und Höhe kannst du auch das Volumen ausrechnen und sehen, wie es sich verändert. Teile deine Beobachtungen mit den anderen in der Community.