Während der Weihnachtszeit habt ihr Zeit, mit euren Kindern Kerzen-Experimente zu probieren!
Faszinierend: Kerzen-Experimente mit Kindern
„Wir sagen euch an den lieben Advent,
Sehet, die erste Kerze brennt…!“
Die Advents- und Weihnachtszeit ist Kerzenzeit. Überall scheinen Lichter, erfüllt der Duft nach Wachs und offenem Feuer die Luft. Das ist auch die perfekte Zeit für Versuche mit Kerzen und Flammen. Heute zeige ich euch einige davon!
Kerzen und Naturwissenschaft? Es gibt nichts passenderes! Schliesslich ist eine (Kerzen-)Flamme ein richtiges kleines Chemielabor: Ausgangsstoffe werden dort in ihre Atome zerlegt und anschliessend zu neuen Stoffen zusammengesetzt – eine chemische Reaktion findet statt. Und rund um diese chemische Reaktion gibt es viel Spannendes zu beobachten und auszuprobieren. Chemie und Physik sind schliesslich da, wo man spielt……
Sicherheitshinweise für Experimente mit Kerzen
Da wir heute buchstäblich mit dem Feuer spielen wollen, ein (oder drei) Hinweis(e) zur Sicherheit vorweg:
- Wenn ihr Kinder seid, macht diese Experimente gemeinsam mit einem Erwachsenen! Und wenn ihr Erwachsenen die Versuche mit (euren) Kindern macht, lasst sie dabei nicht aus den Augen!
- Macht Experimente mit Kerzen oder Feuer in einer feuerfesten oder zumindest schwer entflammbaren Umgebung. Ein Backblech beispielsweise gibt eine gute Unterlage auf einem gewöhnlichen Tisch ab (meine Baumscheibe ist zwar dekorativ, aber nicht wirklich feuerfest – jedoch immerhin besser als der Kunststoff-Boden meines Fotozeltes).
- Haltet stets einen kleinen Eimer oder einen Messbecher mit Wasser zum schnellen Löschen griffbereit! Habe ich auch gemacht und war dankbar, brennende Holzstäbe und anderes durch blosses Eintauchen schnell löschen zu können.
Jetzt geht es aber los mit feuriger Chemie:
Was passiert in einer Kerzenflamme?
Am brennenden Docht einer Kerze läuft eine chemische Reaktion ab: Dort reagieren Paraffin* und Sauerstoff (mehr oder weniger vollständig) zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.
*Paraffin ist ein Gemisch aus verschiedenen langkettigen Kohlenwasserstoffen. Hexadecan (C16H18) ist ein Beispiel für diese Stoffe.
Ganz spontan geschieht das aber nicht. Um diese Reaktion erst einmal anzustossen, muss den Ausgangsstoffen nämlich eine nicht unerhebliche Menge Energie zugeführt werden. Das erledigt ein brennendes Streichholz oder Feuerzeug. Wärme ist nämlich eine Form von Energie. Die Wärme lässt das Paraffin („Wachs“) der Kerze schmelzen, sodass sich der Docht fortlaufend mit der Flüssigkeit vollsaugen kann. Überdies genügt die Wärme, um das flüssige Paraffin zu verdampfen und die Gasteilchen in schnelle Bewegung zu versetzen. In ebenso schneller Bewegung sind die Sauerstoffmoleküle, die sich gut mit den gasförmigen Paraffin-Molekülen mischen. Im hektischen Gasgemisch wird schliesslich so hart gerempelt, dass die Moleküle zerbrechen. Die Bruchstücke – bestenfalls einzelne Atome – können darauf zu neuen Molekülen zusammengesetzt werden. Dabei wird eine Menge Energie frei – in Form von Licht und Wärme. Die Wärme wird zum einen Teil genutzt, um die Reaktion weiter zu „befeuern“, und zum anderen Teil an die Umgebung abgegeben. Das Licht sehen wir als Flamme. Wenn wir nun kräftig gegen den Docht und damit in das reagierende Gasgemisch hinein blasen, werden die Gasmoleküle und Trümmer auseinander getrieben. Die Wärme verliert sich dabei in der Weite des Raums. So verbinden sich die verbleibenden Bruchstücke schnell zu ganzen Molekülen, während keine neuen Trümmer entstehen können. Die Reaktion kommt zum Erliegen: Die Flamme geht aus. Was aber geschieht, wenn ein Hindernis in den Luftstrom gerät?
Experimente 1 und 2: Kerzen ausblasen
Blast eine Kerze aus, während ihr ein Tetrapack zwischen Mund und Flamme stellt. Ihr braucht dazu: Kerze, Feuerzeug, einen Tetrapak-Getränkekarton oder eine ähnliche Pappschachtel.
Beobachtung: Die Flamme verlöscht nicht.
Blast in Richtung des grünen Pfeils gegen das Tetrapak
Erklärung
Die flache Wand des Tetrapacks blockt den Luftstrom ab bzw. die flachen Wände leiten die Luftströme nach links und rechts weg (wenn ihr auf die Kante des Kartons blast). Die Flamme wird so nicht getroffen und damit nicht auseinander getrieben.
Blast eine Kerze aus, während ihr eine (runde) Flasche zwischen Mund und Flamme stellt. Ihr braucht dazu: Kerze, Feuerzeug, runde Flasche.
Beobachtung: Jetzt geht die Kerze aus.
Blast in Richtung des grünen Pfeils gegen die Flasche. Die Kerze wird verlöschen.
Erklärung
Tatsächlich strömt die Luft um die Flasche herum, als würde sie an deren Oberfläche kleben! Das nennen Physiker den Coanda-Effekt: Der scharf begrenzte Pustestrahl aus dem Mund hat zu den stehenden Luftteilchen drumherum eine „Aussenhaut“ aus wirbelnden Luftteilchen, die von Reibung zwischen Strahl und stehender Luft erzeugt wird. Diese „Aussenhaut“ schützen den Rest des Strahls vor den Einflüssen durch Reibung. Erreicht der Strahl die Flasche, entsteht zwischen Strahl und Flasche eine weitere „Innenhaut“. Dabei gibt die feste Flasche jedoch den Verlauf von Strahl und Innen- wie Aussenhaut vor. Zwischen Innen- und Aussenhaut kann die Luft ungestört strömen. Sobald die Flasche hinter dem Maximaldurchmesser wieder schmaler wird, geben Flasche und Innenhaut dem Luftstrom nach innen mehr Raum, während die Aussenhaut den Strom nach innen drängt. So folgt der Luftstrom weiter der Wölbung um die Flasche herum! Hinter der Flasche finden die beiden Teilströme wieder zusammen und drängen einander geradeaus weiter in Richtung Kerze.
Experiment 3: Achtung Brandgefahr!
In der Zeit von Adventskranz und Weihnachtsbaum hat die Feuerwehr stets besonders viel zu tun. Warum aber geht das Tannengrün so oft unerwartet in Flammen auf?
Haltet einen Holzspiess ÜBER eine sichtbare Kerzenflamme und wartet etwas. Ihr braucht dazu: Kerze, Feuerzeug, Schaschlikspiess („Spiessli“) aus Holz.
Beobachtung: Das Holz wird sich entzünden.
Auch oberhalb der Kerzenflamme geht der Holzspiess schnell in Flammen auf.
Erklärung
Auch die Umgebung einer Flamme wird so warm, dass eine Reaktion von Holz, Papier oder trockenen Tannennadeln mit Sauerstoff starten kann. Deshalb achtet immer darauf, dass eure Kerzenflammen immer genug Abstand zu Tannenzweigen und Deko von Adventskranz und Weihnachtsbaum haben! Faustregel: In einem Abstand, in welchem ihr eure Finger längere Zeit ohne Schmerzen bei der Flamme halten könnt, fangen Holz, Papier und Tannengrün in der Regel nicht zu brennen an.
Experimente 4 und 5: Kerzen unter Glas
Stellt eine brennende Kerze unter einen Glassturz und wartet. Ihr braucht dazu: Kerze, Feuerzeug, Trinkglas oder ähnliches Glasgefäss mit geradem Rand.
Beobachtung: Die Kerze geht bald aus.
Unter dem Glas verlischt die Kerze bald
Erklärung
In der chemischen Reaktion in der Kerzenflamme werden Sauerstoff-Moleküle auseinander genommen, um mit den Atomen neue Moleküle aufzubauen. Wenn dabei die Sauerstoff-Moleküle ausgehen (weil der unter dem Glassturz gefangene Sauerstoff verbraucht ist), kommt die Reaktion zwangsläufig zum Erliegen: Die Kerze geht aus.
Stelle eine brennende Kerze auf eine Insel in einer Schale mit eingefärbtem Wasser auf und stülpt den Glassturz so darüber, dass der Rand ins Wasser taucht (nicht wasserdicht abschliessend!). Wartet ein wenig. Ihr braucht dazu: Kerze, Feuerzeug, tiefen Teller oder Schale, Wasser, Lebensmittelfarbe oder Tinte, Trinkglas
Beobachtung: Die Kerze geht bald aus, der Wasserspiegel im Sturz steigt an.
Das Glas über der Kerze steht in gelb gefärbtem Wasser. Sobald die Kerze verlischt,
steigt der Wasserspiegel im Glas.
Erklärung
Die Kerzenflamme erhitzt die Luft drumherum. Heisse Luft dehnt sich aus. Wenn ihr das Glas über die Kerze stülpt, wird ausgedehnte Luft darunter eingeschlossen. Sobald die Kerze erlischt und die Luft unter dem Glas kühler wird, zieht sie sich wieder zusammen. Es entsteht ein Unterdruck unter dem Glas. Des luftdichten Abschlusses wegen kann aber keine Luft direkt nachströmen. Stattdessen drückt die Luft von aussen (hier ist der Druck jetzt höher als unter dem Glas!) das Wasser durch den verbliebenen winzigen Spalt zwischen Teller und Glasrand unter das Glas.
Experimente 6 und 7: Feuersperre
Haltet ein Metallsieb mit der Wölbung nach unten in eine Kerzenflamme. Ihr braucht dazu: Kerze, Feuerzeug, ein Küchensieb aus Metall mit Stiel.
Beobachtung: Die Flamme „brennt“ nur bis zum Siebnetz, aber nicht darüber hinaus.
Die Flamme reicht nur bis zum Gitternetz des Siebes
Legt einen Papierschnipsel in das Sieb und haltet es mit der Wölbung nach unten in die Flamme. Ihr braucht dazu: Kerze, Feuerzeug, Küchensieb aus Metall mit Stiel, ein Stück Papier.
Beobachtung: Das Papier beginnt nicht bzw. erst nach einiger Zeit zu brennen.
Der gefaltete Zettel im Sieb fängt nicht gleich an zu brennen
Erklärung
Metall hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit. Die Energie = Wärme, die bei der Reaktion in der Flamme entsteht, wird von den Metalldrähten im Sieb zu allen Seiten fortgeleitet. So reicht die darüber verbleibende Wärme zunächst nicht mehr aus, um die Reaktion über dem Sieb weiter anzutreiben – und ebenso wenig, um eine Reaktion des Papiers mit Sauerstoff zu starten.
Experiment 8: Russ erzeugen
Maike „Miss Declare“ zeigt euch in diesem Gastbeitrag in der Kiste, wie ihr mit einer Kerzenflamme eine Russschicht mit ganz spannenden Eigenschaften erzeugen könnt.
Erklärung
Die Reaktion zwischen Paraffin und Sauerstoff verläuft (besonders an kalten Oberflächen) nicht vollständig. So bleiben viele Trümmer aus Kohlenstoff-Atomen übrig, die sich als sichtbarer Russ ansammeln können. Dieser Russ ist – wie alle Kohlenstoff- und Kohlenwasserstoff-Verbindungen wasserabweisend.
Experimente 9 und 10: Magie mit Kerzen
So könnt ihr eine Kerze mit „nichts“ ausgiessen: Mischt in einem hochrandigen Gefäss vorsichtig Essig mit Natron oder Waschsoda, beobachtet, wie es schäumt und sprudelt. Schwenkt das Gefäss ggfs. leicht. Wenn es fertig gesprudelt habt, giesst das Gas über der Flüssigkeit (NICHT die Flüssigkeit ausgiessen!) in ein leeres Gefäss. Stellt vor euren Zuschauern eine brennende Kerze in ein drittes Gefäss. Giesst dann das „Nichts“ aus dem zweiten Gefäss hinein. Ihr braucht dazu: Ein oder zwei Gefäss/e mit Giesse, ein drittes Gefäss, Teelicht, Feuerzeug, Waschsoda oder Natron (zum Backen), Haushaltsessig oder „Essigessenz“.
Beobachtung: Die Kerze geht aus.
Ich giesse das Kohlenstoffdioxid-Gas (NICHT die Flüssigkeit!) direkt aus dem Glas mit dem Reaktionsgemisch
Erklärung
Essig und Soda reagieren chemisch miteinander:
Die entstehende Kohlensäure zerfällt in Wasser und Kohlenstoffdioxid (CO2):
Kohlenstoffdioxid ist ein unsichtbares Gas, das „schwerer“ (dichter) als Luft ist. So sammelt es sich stets unten in einem Behälter und drängt die Luft (Stickstoff und Sauerstoff) nach oben hinaus. Damit lässt Kohlenstoffdioxid sich wie Wasser giessen – und wenn es allen Sauerstoff aus einem Gefäss verdrängt, kann die Kerze darin nicht mehr brennen.
Zündet zwei Kerzen an. Blast eine davon aus und nähert den schwelenden Docht der anderen Flamme. Zwei Christbaumkerzen, einen Kerzenhalter, Feuerzeug.
Beobachtung: Die Kerze geht wieder an, bevor der Docht die Flamme berührt.
Der frisch ausgeblasene Docht hat sich entzündet, bevor der die Flamme berührt hat.
Erklärung
Rund um den erloschenen Docht befinden sich noch gasförmiges Paraffin und Sauerstoff – nur die Wärme fehlt, um die Reaktion wieder anzufachen. Die wird aber schon in der Umgebung der brennenden Flamme geliefert, sodass sie Reaktion wieder startet, bevor der Docht selbst das Plasma erreicht.
Experiment 11: Schattenbilder
Leuchtet in einem dunklen Raum mit einer Taschenlampe an einer brennenden Kerze vorbei an die Wand dahinter. Ihr braucht dazu: Kerze, Feuerzeug, Taschenlampe, dunklen Raum.
Beobachtung: Die Flamme wirft im schwächeren Rand des Lichtkegels einen Schatten. Eine Lichtquelle, die einen Schatten wirft?!
Am Rand des Lichtkegels einer Taschenlampe wirft die Kerzenflamme einen Schatten.
Erklärung
Die Flamme besteht nicht nur aus kleinsten, luftartigen Teilchen, welche keinen Schatten werfen, sondern auch aus deutlich grösseren Russteilchen. Die leuchten in energiereicher Umgebung nicht nur ungeordnet gelb, sondern wechselwirken auch mit den gerichteten (und helleren) Lichtstrahlen aus der Taschenlampe, schlucken sie oder lenken sie ab. Deshalb wirft die Flamme im Lichtkegel einen Schatten.
Experiment 12: Die Teebeutel-Rakete
Entfernt von einem Teebeutel Schnur und Etikett und leert ihn aus. Stellt ihn mit der Öffnung nach unten auf eine feuerfeste Unterlage auf. Die Zimmerdecke sollte sich jetzt zwei Meter über dem Beutel befinden – oder macht im Freien (bei Windstille) weiter: Zündet den Beutel an der oberen Kante an. Ihr braucht dazu: leeren Teebeutel, Feuerzeug, feuerfeste Unterlage.
Beobachtung: Der verbrennende Teebeutel schwebt schlussendlich nach oben.
Erklärung
Die warme Luft in der Umgebung der Flamme dehnt sich aus. Oberhalb der Flamme verliert sich der Effekt mit der Wärme im grossen Raum. Unterhalb der Flamme ist die Luft im Beutel gefangen und bläht ihn beim Ausdehnen auf. Nun ist die Dichte der gefangenen Luft kleiner als die der Luft drumherum – und weniger dichte Gase steigen in dichteren Gasen nach oben. Sobald der Überrest des brennenden Beutels leicht genug ist um von ihnen getragen zu werden, steigt er auf wie ein Heissluftballon.
Experiment 13: Das Spektrum der Kerzenflamme
Wie viele Farben hat Kerzenlicht? In diesem Beitrag zeige ich euch, wie ihr aus einer alten CD und etwas Pappe ein Handspektroskop bauen könnt, mit dem ihr die einzelnen Farben von Kerzenlicht (und anderer Lichtquellen) beobachten könnt.
Ein wenig höher als hier müsste ich es halten, damit das Licht der Kerzenflamme direkt durch den Schlitz des Spektrometers fällt
Erklärung
An der Oberfläche der CD werden Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich stark gebrochen (=abgelenkt). So kommen die farbigen Lichtstrahlen, die nur alle miteinander weiss erscheinen, nun nebeneinander in unserem Auge an.
Ich wünsche euch eine wunderschöne, gemütliche Adventszeit.
Und was ist euer liebstes Experiment mit Kerzen(-flammen)? Welche spannende Beobachtung rund um Feuer habt ihr schon einmal gemacht? Wart ihr Wart ihr immer vorsichtig, oder habt ihr schon einmal euren Weihnachtsschmuck löschen müssen?
Ich bin Kathi Keinstein, Chemikerin und Lehrerin aus Leidenschaft, und ich zeige euch, wie ihr die Natur um euch herum selbst erforschen könnt. Als Hilfsmittel dafür findet ihr in Keinsteins Kiste Experimente für daheim und Ideen für eure Forschungsexpeditionen im Urlaub oder bei euch vor der Haustür!
Kathi findet ihr auf folgenden Plattformen:
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Kathi ist mit ihrem Blog im Netzwerk Schweizer Familienblogs.
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Der Adventskalender der Schweizer FamilienbloggerInnen
Dieses Jahr haben wir für euch zusammen mit zahlreichen weiteren Familienbloggerinnen und – blogger einen besonderen Adventskalender vorbereitet! Gemeinsam haben wir 24 wundervolle Inspirationen für euch zusammen getragen, um die Adventszeit als Familie mit allen Sinnen zu geniessen. Die 24 Beiträge kommen von Familien und sind für Familien gedacht.
Hinter jedem Türchen erwartet euch eine Inspiration
Ob ein persönlicher Gedanke, ein Rezept, ein Basteltipp, ein Ausflugstipp, ein Experiment oder eine Anleitung fürs Wichteln oder gar für Glücksmomente – unser gemeinsamer Adventskalender überrascht täglich mit tollen Gastbeiträgen von noch tolleren Bloggerinnen und Bloggern:
- Himmelsboten backen – Die Angelones
- Ein Wichtel zu Besuch – redeweise.ch
- Schneemannsuppe im Schneekugelglas – zigzagfood
- Von der Kunst, aus einer Bürde einen Blog zu machen – enjoythelittlethings.rock
- Ein Plädoyer für Samichlaus, Christchindli und Osterhase – mamarocks.ch
- Die Sache mit dem Samichlaus und dem Christkind – mamaontherocks
- Die Sternenstadt St. Gallen – Die Angelones
- Advent: Ausflüge, die es unter dem Jahr nicht gibt – Wanderindli
- Weihnachtskarten selbst gemacht – Die Angelones
- Die heilige Lucia – kidsoverthemoon
- Bunte Scherenschnitte für Geschenkverpackungen – schäresteipapier
- Weihnachten in der Grossfamilie – Mamamal3
- Weihnachtliches Fussbad – Mamioase
- Blueberry-White Chocolate Cookies – Dolcisseria
- Vanillekringel: Gaumenschmaus und Christbaumschmuck zugleich – foodwerk
- Weihnachtsmarkt zu Hause – runningmami
- Glücksmomente – Mit Strich und Faden
- Ein Liebesbrief ans Kind – kleinstadt
- Weihnachtliche Orangen-Kürbis-Ingwersuppe mit Zimt-Croutons – Miss Broccoli
- Blick hinter die Kulissen des Bloggens – Die Angelones
- Griechische Weihnachten – momof4
- Speckzopf – Delizie d’Amelia
- Kerzenexperiment – keinsteinskiste
- So feiern wir Weihnachten – Die Angelones
Kennt ihr schon den einen oder anderen Familienblog? Schaut doch bei allen mal rein, liked deren Facebook-Seite oder folgt ihnen via Instagram oder Pinterest. Sie alle werden sich freuen, wenn ganz viele «Die Angelones»-LeserInnen ihre Gastbeiträge lesen.
Wir freuen uns, euch gemeinsam mit unseren engagierten und fantasievollen Blogger-KollegInnen durch den Advent begleiten zu dürfen! Schön, wenn wir euch mit all den 24 Gastbeiträgen inspirieren können – über eure Unterstützung in Form von Likes, Teilen und Kommentaren freuen wir uns alle!
