Seminar Freiburg, Farben – gesehen unter chemischen, physikalischen, physiologischen und psychologischen Aspekten (08.10.2009 – 09.10.2009)

 

Durch Vermittlung meines Chemie Lehrers, Herrn Ihl, konnte ich an dem Seminar, in der Fakultät Chemie am Chemiehochhaus in Freiburg teilnehmen.

 

08.10.2009:

Nach meiner Anreise, mit dem Zug, habe ich das Chemiehochhaus gleich gefunden, da es in der Nähe des Bahnhofes liegt. Ich und meine Partner wurden sehr freundlich von unseren Seminarleitern, Herrn Dr. Groß und Herrn Münch, empfangen. Unsere Gruppe enthielt 25 Personen und untergebracht wurden wir im Black Forest Hostel in Freiburg.

 

Zu Beginn des ersten Tages wurde uns ein Fragebogen vorgesetzt, indem wir bestimmten Zuständen, wie z.B. Hass = rot, Farben zuordnen mussten. Diese Umfrage wurde ausgewertet und es ergab, dass die Antworten fast immer dem entsprechenden Lösungsbuch entsrpachen.

Des weiteren wurden in einem Vortrag von Herrn Dr. Groß, die Farben mit weiteren Beispielen assoziiert (wie z.B. Blau, eine Farbe die in Gemälden Dinge in den Hintergrund rücken lässt).

Nach dieser Reihe an Vorträgen war zunächst Pause. Entweder konnten wir diese in der Mensa des Chemiehochhauses verbringen, wobei Herr Dr. Groß die Kosten übernahm, oder konnten uns in der Stadt Freiburg verköstigen. Ich entschied mich für Chinesisch und somit für die Stadt.

 

Dünnschichtchromatographie eines Gemisches von Lebensmittelfarbstoffen

Die Fortsetzung war ein Praktikum. Wir mussten bestimmte Farbstoffe auf eine Dünnschichtchromatographie-Platte träufeln und mit Hilfe eines Laufmittels die einzelnen Farben der Farbstoffe herausfinden. Dies geschah in einer Chromatographiekammer.

 

Anthocyane als Indikatoren (Ph-Wert Messungen mit Hilfe von Rotkrautsaft)

Das nächste Praktikum fand anschließend statt. Hierbei mussten wir die Ph-Werte von Basen und Säuren herausfinden mit Hilfe von Rotkrautsaft, welches als Messmittel diente.

 

Nach diesen Praktikas hielt Herr Münch einen Vortrag über das Sehen mit dem Auge und das Licht.

Wir stellten fest, dass sich das 11-cis-Retinal im Opsin in unserem Auge unter Einfluss von Licht zu all-trans-Retinal bildet, d.h. Die cis-Verbindung am 11ten C-Atom ändert sich zu einer trans-Verbindung. Durch sehen löst sich das all-trans-Retinal aus dem Opsin und wird durch Energieaufwand wieder in das Opsin gebracht.

Es folgte ein weiterer Vortrag über Farbspektren und das automatische Photometer wurde erklärt. Zusätzlich wurden uns die Farben noch einmal in Nanometern gezeigt, das heißt im Bereich von ca. 400 Nanometern beginnt das blaue Licht, davor ist es das ultra-violette Licht. Im Bereich von ca. 680 Nanometern hört das rote Licht auf und das infrarote Licht beginnt. Das menschliche Auge sieht nur den Bereich von ca. 400 Nanometern und ca. 680 Nanometern.

Außerdem wurde die Farbe Indigo vorgestellt und die Geschichte, wie Indigo hergestellt wurde und wird, anhand von einer Präsentation veranschaulicht.

 

Indigo aus o-Nitrobenzaldehyd

Logischerweise durften wir nun selbst Hand anlegen und nach der heutigen Methode Indigo-blau herstellen. Es wurde dazu 1g o-Nitrobenzaldehyd, unter rühren, in ca. 10ml Aceton und das doppelte Volumen Wasser gelöst. Diese klare Lösung wurde anschließend mit ca. 10ml Natronlauge versetzt. Unter Selbsterwärmung färbt sich das Gemisch dunkelbraun und scheidet nach kurzer Zeit in kristallinen Flocken den Farbstoff aus. Ungefähr 5 min. wurde dieses Gemisch gefiltert. Die entstandenen Flocken sind der Farbstoff Indigo. Mit diesem Farbstoff wurde nun ein Baumwolltuch gefärbt. Dieser Vorgang nennt sich Küpenfärbung. Hierzu wurde der Farbstoff mit Filter in einen Erlenmeyerkolben (500ml) (Färbekolben) gegeben. Hinzu kamen ca. 10ml Natronlauge und bis auf 100ml Wasser. Unter Erwärmung und schwachem Rühren wurde spatelweiße Natriumdithionit hinzu gegeben, bis die Lösung sich durchsichtig, schmutzig-grün färbte. Der Filter wurde entnommen, das Baumwolltuch in den Erlenmeyerkolben gegeben und bis auf 250ml Wasser aufgefüllt. Nun hatte die Lösung die typische Farbe Indigo-blau. Unter weiterem leichten Erhitzen und Umrühren wurde ca. 10min gefärbt. Das Baumwolltuch wurde nun zum oxidieren für 5min in die Luft gehängt. Danach wurde das überschüssige Indigo ausgewaschen. Ein Tuch mit der Jeans-Stoff Farbe Indigo-blau war das Ergebnis.

 

 

Runge-Bilder

Es folgte das Herstellen von Runge-Bilder auf einem Chromatographie-Papier. Runge-Bilder entstehen, wenn Farbstofftropfen, schrittweise auf die selbe Stelle, aufeinander getropft werden. Zunächst bildet sich eine Mulde im Papier. Des weiteren bilden sich die Farbstoffe, von der Mitte ausgehend, nach Außen aus. Man spricht davon, dass Runge-Bilder sich selber malen.

 

Die Herstellung von Phenolphthalein, ein Säure-Base Indikator

Ein Gemisch von einem halben Spatel Phtalsäureanhydrid und Phenol nach Zusatz von einigen Tropfen konz. Schwefelsäure wurde über einer kleinen Flamme zum schmelzen gebracht. Anschließend gossen wir diese Schmelze in ein Becherglas mit Natronlauge. Es tritt Rotfärbung ein und nach Zugabe einer schwachen Säure Entfärbung. Man erhält einen Säure-Base Indikatoren (Säure- Base Indikatoren dienen zum Festellen ob die Lösung eine Säure oder eine Base ist) nämlich Phenolphthalein.

 

Synthese von Fluorescein

Ein Gemisch von einem halben Spatel Phtalsäureanhydrid und einem Spatel Resorcin nach Zusatz von einigen Tropfen konz. Schwefelsäure, wurde über der Sparflamme eines Bunsenbrenners, zum schmelzen gebracht. Diese Schmelze wurde in ein Becherglas mit Natronlauge gegeben. Denn in alkalischem Milieu (Natronlauge) löst sich der Farbstoff orange und zeigt eine grüne Fluoreszenz. Wenn diese Lösung unter eine UV-Lampe gehalten wird, erscheint ein Neon grünes Licht.

 

Der erste Tag war nach diesem Praktikum zu Ende und wir gingen zu unserer Übernachtungsmöglichkeit. Herr Dr. Groß geleitete uns dorthin. 17 Leute übernachteten in der Jugendherberge in Freiburg.

 

09.10.2009:

Um 7.30 Uhr mussten wir aufstehen, da wir uns alle um 8.30 Uhr in unserem Seminarraum im Chemiehochhaus zu einem gemeinsamen Frühstück getroffen haben. Wir mussten auf unserem Weg zum Chemiehochhaus Brötchen für das Frühstück kaufen. Das ausgelegte Geld bekamen wir anschließend von Herrn Dr. Groß wieder.

 

Vortrag und Experimente, Licht als Welle

Ein Vortrag von Herrn Schlenk, der Lehrer an einer nahe gelegenen Schule ist, über das Licht folgte. Der zweite Tag verhielt sich eher physikalisch als chemisch. Uns wurde das RGB-System anhand von einer Over-head Projektoren Folie dargestellt. Das RGB-System bedeutet im Grunde genommen nichts anderes als das Rot, Grün, Blau – System. Wir finden dieses System im ganz normalen Fernseher. Zudem wurden uns die Farbgemische gezeigt. Aus Rot , Blau und Grün entsteht Weiß. Aus Rot und Grün entsteht Gelb, aus Rot und Blau entsteht Magenta und aus Grün und Blau entsteht Cyan.

 

Regenbogenherstellung mit Hilfe eines Spiegels und einer Schale Wasser

Ein Versuch zeigte, dass wir einen Regenbogen herstellen konnte. Dazu benutzten wir eine Schale mit Wasser und hielten einen Spiegel hinein. Der Strahl einer Taschenlampe, sodass das Licht durch das Wasser ging bevor es gespiegelt wurde, ließ einen Regenbogen an der Decke erscheinen.

Wir sehen einen Regenbogen, da das Licht in einem Wassertropfen aufgetrennt wird.

Wir haben auch gelernt, dass der Himmel deshalb blau ist, da das Licht durch die Teilchen geht. Das ganze blaue Licht wird somit in der Atmosphäre zerstreut, ergo der Himmel wird blau.

 

 

Das Licht durch ein Prisma

Ein weiterer toller Effekt war, dass uns anhand von einer Kohlenstäbchen-Lampe, welche ein sehr helles Licht ausstrahlt, das Farbspektrum präsentiert wurde. Hierzu wurde das Licht der Lampe durch zwei Prismen geleitet. Es werden zwei Prismen verwendet, damit ein perfektes Bild an der gegenüberliegenden Wand entsteht und nicht an einer Nebenstehenden. Für kurze Zeit, da diese Lampe ohne elektrischen Strom, sondern durch das Entflammen des Kohlenstäbchens arbeitet, war das Farbspektrum zu sehen. Das heißt, alle Farben eines Regenbogens waren nun an der Wand zu sehen.

 

Interferenzerscheinung (Überlagerungserscheinung)

Unsere Aufgabe war in einem dunklen Raum auf eine Kerze zu schauen. Jedoch mussten zwei Finger so eng wie möglich zusammen gehalten werden, dass aber trotzdem noch ein Spalt war um die Kerze zu sehen. Wir konnten erkennen, dass sich einzelne Wellen ergaben. Man sah immer größer werdende Wellen von der Mitte ausgehend. Das spektakulärste bei diesem Versuch war jedoch, dass man in der Mitte des Kerzenscheins ein Farbspektrum erkennen konnte.

 

Polarisation des Lichtes

Ein kurzer Versuch war die Polarisation des Lichtes. Hierzu wurde ein Polarisation- Filter, ein flaches Glas mit wellen, auf einen Over-head Projektoren gelegt. Das Licht fällt ganz normal hindurch. Wenn jedoch ein zweiter Polarisation-Filter, ein so genannter Analysator, auf den Ersten gelegt wird, erscheint nur ein Licht wenn die Wellen parallel zueinander stehen. Man muss es sich wie zwei Gitter vorstellen. Licht ist wellenförmig. Also wenn das Licht komplett durch die Filter will, müssen diese genau gleich stehen. Wenn sie orthogonal zueinander stehen, kommt kein Licht hindurch. Dies ist der Beweis dafür, dass Licht auch in einer Schwingungsrichtung schwingen kann.

Im normalen Licht schwingen die Wellen in alle Richtungen.

 

Hier endete der Vormittag und ich machte mich mit Herrn Dr. Groß und anderen Teilnehmern des Seminars auf zur Mensa. Die Mensa bot 4 Gerichte zu einem günstigen Preis an diesem Tag an. Große Portionen und gute Qualität waren das Resultat. Nach der Pause trafen wir uns wieder mit Herrn Schlenker um das Seminar weiterzuführen.

 

Der Spalt im Kalkstein

Durch einen Spalt in einem Kalkstein Kristall (Kalkstein Kristall, sehr selten) fiel Licht. Was wir jedoch sehen konnten waren zwei Spalte. Der eine Spalt reflektierte das Licht nachdem Reflexionsgesetz, der Andere jedoch nicht. Es ist auch nicht bewiesen warum zwei Spalte reflektiert werden.

 

 

 

 

Die Erklärung der Mikrowelle

Uns wurde erklärt, dass die Mirkowellen polare Moleküle zum schwingen bringen. Dies bedeutet, dass zum Beispiel die Wasserteilchen im Essen zum schwingen beginnen und somit das Essen warm wird. Dies könnte jedoch auch in unserem Körper passieren, da wir aus 70 % Wasser bestehen. Zum Schutz vor dieser Erwärmung hat die Mikrowelle Drähte in der Tür. Sie dienen als faradayscher Käfig, also keine Wellen können nach außen gelangen. Mikrowellen werden in einer Mikrowelle verwendet, jedoch auch in Handys, im W-Lan, im Satellitenfernsehen und im Bluetooth.

 

Licht elektrischer Effekt

Es wurde ein Elektroskop (ein Gerät zum Nachweis elektrischer Ladungen und Spannungen) negativ aufgeladen. Die Ladung geht mit Hilfe einer UV-Lampe wieder weg. Die positive Ladung geht jedoch nicht mit dem Licht einer UV-Lampe weg. Durch das Licht der UV-Lampe werden Elektronen aus der Metallplatte des Elektroskops gelöst. Wenn das Elektroskop negativ geladen ist, sind Elektronen darin enthalten, ist es jedoch positiv geladen befinden sich Protonen im Elektroskop. Da das Licht der UV-Lampe nur Elektronen herauszieht gelingt dies, wenn das Elektroskop positiv geladen ist, nicht.

 

Es folgte eine Diskussion über die Lichtgeschwindigkeit. Denn wir zweifelten an, dass wir die Lichtgeschwindigkeit nie erreichen können, da wir nicht genug Energie aufbringen könnten. Jedoch wäre es möglich, dass es in anderen Dimension, durchaus eine erreichbare Lichtgeschwindigkeit geben könnte.

 

LED (= Lumineszenz-Diode)

Uns wurde erklärt wie eine LED-Lampe zu funktionieren hat. Ein LED besteht aus einem Halbleiter. Dieser besteht in einer LED aus Gallium. Fließen dort Elektronen, also elektrischer Strom, durch, so entsteht ein Licht. Ein LED emittiert Licht in einer bestimmten Farbe, anders wie eine Glühlampe die kontinuierliches Spektrum aussendet.

 

Laserdiode

In der Laserdiode befindet sich eine Natrium Platte. Die Elektronen in dieser Platte müssen durch einen technischen Vorgang „nach oben gepumpt werden“. Auf Knopfdruck fallen die Elektronen wieder auf die Natrium Platte und das Laser-Licht entsteht.

 

Bohrmaschinenversuch – Komplementär Farben auf einer runden Platte

Auf einer runden Platte befinden sich unterschiedlich große Farbsegmente. Wenn diese Platte zum Beispiel mit Hilfe einer Bohrmaschine zum drehen gebracht wird, sehen wir eine weiße Platte. Dieses Verfahren nennen wir das Additionsverfahren der Farben, denn alle Farben auf der Platte werden addiert und somit sehen wir eine weiße Fläche.

 

Nach dieser Reihe an Versuchen endete das Seminar. Zwei unterhaltsame, interessante Tage gingen zu Ende. Gelernt haben wir viel und Spaß gemacht hat es auf jeden Fall. Des weiteren habe ich viele neue Leute kennen gelernt.

Vielen Dank an Herrn Ihl und Herrn Morath, die mir dieses Seminar ermöglichten. Aber auch vielen Dank an Herrn Dr. Groß, Herrn Münch und Herrn Schlenker, die das Seminar leiteten.

 

 

 

 

Ein Bericht von Adrian Zimmermann Klasse 12c Georg Büchner Gymnasium Rheinfelden