Warum werden Kupferdächer mit der Zeit grün?

Ältere Gebäude, wie Kirchen, Rathäuser oder ähnliche, wurden oft mit einem Kupferdach versehen. Wenn man sich diese Gebäude heute anschaut stellt man fest, dass die Kupferdächer grün geworden sind. Aber warum ist das eigentlich so?

Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten und Stufen der „Verwitterung“ von Kupfer. Wird Kupfer der Witterung ausgesetzt, fängt es zunächst an zu oxidieren und bildet eine grau-braune Schicht aus Kupferoxiden (CuO, Cu₂O). Diese Kupferoxide schützen beispielsweise das Kupferdach erst einmal vor weiterer starker Verwitterung.

Bleibt das Kupfer jetzt über viele Jahre in Wind und Wetter, so bildet sich eine sogenannte Patina. Auch diese Schicht aus Carbonaten und Sulfaten des Kupfers, die sich durch die Reaktion unter anderem mit Kohlen- oder Schwefeldioxid bildet, stellt eine natürliche Schutzschicht für das Kupferdach dar. Kohlendioxid (CO₂) ist bekanntlich in der Luft enthalten. Schwefeldioxid (SO₂) ist nicht so bekannt und gilt auch nicht als Bestandteil unserer Luft. Trotzdem kann es durch Industrieprozesse in die Atmosphäre gelangen und wird dann mit dem Regen wieder zur Erde gebracht. Eine natürliche Kupfer-Patina besteht noch aus vielen anderen chemischen Verbindungen und ist auch nicht immer identisch. Die Kombination all dieser Verbindungen lässt die Schicht grün schimmern und wird somit oft fälschlicherweise als „Grünspan“ bezeichnet.

Grünspan ist allerdings alles andere als schützend für das Kupfer. Die grünliche Mischung verschiedener Kupferacetate ist das Resultat der Zersetzung von Kupfer durch Essigsäure. Auch wenn Essigsäure selten an Hausdächer gelangt, so kann sie durchaus an Kupferrohre beispielsweise in einem Haushalt gelangen. Grünspan ist übrigens giftig und sollte daher entfernt werden, wenn er im Haushalt erkannt wird.

Wenn demnächst also jemand von Grünspan auf dem Kupferdach der Kirche spricht, weißt du, dass das vermutlich eher eine Patina und damit eine natürliche Schutzschicht gegen weitere Verwitterung ist.

 

Quellen:

https://kupferspuren.at/informationen/kupfer/gruenspan-oder-patina/

https://blog.blechshop24.com/warum-werden-kupferdaecher-gruen/

https://de.wikipedia.org/wiki/Patina#Kupfer_und_Kupferlegierungen

 

 

Werbung

Warum verzerrt Helium unsere Stimme?

Viele haben es sicher schon einmal ausprobiert. Auf einer Party gibt es mit Helium gefüllte Ballons, die bekanntlich nicht zum Boden fallen, sondern nach oben steigen. Wenn man dieses Helium aus einem Ballon einatmet verändert das für kurze Zeit die Stimme und man klingt in etwa wie Mickymaus. Aber was macht das Helium mit unserer Stimme, dass sie so verzerrt klingt?

Dazu muss man erst einmal wissen, wie der Klang unserer Stimme überhaupt entsteht. Wir haben bekanntlich in unserem Hals Stimmbänder, die für unsere Stimme verantwortlich sind. Diese Stimmbänder werden durch ausströmende Luft und entsprechende Muskelaktivität ins Schwingen gebracht. Die Schwingung der Stimmbänder überträgt sich auf das darum liegende Medium (im Normalfall Luft) und erzeugt eine Schallwelle. Diese Schallwelle wird durch den Rachen und die Nasenhöhlen noch etwas abgewandelt und verlässt als charakteristische Stimme unseren Mund. In dem Medium Luft, dass eine gewisse Dichte hat, breitet sich dieser Schall immer mit der gleichen Geschwindigkeit aus. Die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt etwa 343 Meter pro Sekunde (1235 km/h). In Helium ist das anders. Helium, als deutlich leichteres Gas, hat eine geringere Dichte als Luft. Das ist ja auch der Grund, warum ein Helium Ballon nach oben steigt. In einem Medium mit geringerer Dichte kann sich aber auch der Schall schneller ausbreiten, da der Widerstand geringer ist. Deshalb liegt die Schallgeschwindigkeit in Helium bei etwa 981 Meter pro Sekunde (3532 km/h), also fast dreimal schneller als in Luft. Höhere Geschwindigkeit bedeutet bei Schall eine höhere Frequenz. Wer schon einmal ein Video oder ein Lied mit Ton vor gespult hat, es also schneller hat laufen lassen, der weiß wie sich das in etwa anhört. Der Ton wird verzerrt aber vor allem wird er höher. Genau das passiert auch mit unserer Stimme, wenn die Lunge und der Halsbereich nicht mit Luft, sondern mit Helium gefüllt ist. Sobald sich das Helium aus der Lunge verflüchtigt hat wird die Stimme wieder normal.

Das Ganze geht auch in die andere Richtung mit einem Gas, das schwerer ist als Luft, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid. Die Stimme wird durch das Einatmen dieses Gases tiefer.

In beiden Fällen ist das Einatmen der Gase allerdings nicht ganz ungefährlich. Helium ist da noch etwas weniger kritisch. Man sollte es allerdings nicht übertreiben und nach jedem mal Einatmen eine kleine Pause einlegen. Das Helium verdrängt nämlich den Sauerstoff aus der Lunge. Wenn man es übertreibt, kann das schnell zu einer Unterversorgung bis hin zur Bewusstlosigkeit führen. Schwerere Gas wie Schwefelhexafluorid haben zusätzlich noch die Eigenschaft, dass sie auf Grund ihrer höheren Dichte nicht von selber wieder die Lunge verlassen. Trotz ausatmen können Reste in den unteren Teilen der Lunge bleiben. Was hilft ist tatsächlich ein Kopfstand, so dass das schwere Gas nach unten Richtung Rachen und Mund strömen kann.

 

Quellen:

http://www.pflichtlektuere.com/29/05/2015/wissenswert-warum-klingt-die-stimme-mit-helium-hoeher/

https://www.n-tv.de/wissen/frageantwort/Wieso-veraendert-Helium-die-Stimme-article11599581.html

Wie wird alkoholfreies Bier hergestellt?

Wer kennt das nicht? Man muss noch mit dem Auto fahren oder will aus anderen Gründen keinen Alkohol trinken, hat aber trotzdem Lust auf ein schönes Bier… Die Auswahl an alkoholfreien Bieren ist mittlerweile so groß, dass man meistens sogar die Wahl zwischen mehreren Sorten hat. Über den Geschmack von alkoholfreien Bieren wird oft gestritten, aber wie werden diese Biere eigentlich hergestellt?

Tatsächlich gibt es mehrere Verfahren zur Herstellung von alkoholfreien Bieren, die alle ihre Vor- und Nachteile haben. Man kann die Verfahren in zwei Überkategorien einteilen. Nämlich die Verfahren, bei denen bei der Herstellung der Biere gar nicht erst so viel Alkohol entsteht und diese, bei denen der Alkohol im Nachhinein entfernt wird.

In Deutschland darf ein als alkoholfrei deklariertes Bier maximal 0,5 Vol.% Alkohol enthalten. Die meisten Brauereien versuchen auch gar nicht auf 0 % zu kommen, da Alkohol ein wichtiger Geschmacksträger ist und die für den Biergeschmack wichtigen Aromen somit besser zur Geltung kommen können.

Doch zurück zu den Herstellungsverfahren. In der ersten Kategorie, in der bei der Herstellung der Biere nur sehr wenig Alkohol entsteht, gibt es die Möglichkeit der unterdrückten oder der abgebrochenen Gärung. Der Alkohol entsteht bei der Bierherstellung durch die Zugabe von Hefe, welche den enthaltenen Zucker in Alkohol und Kohlensäure umwandelt. Man kann die Hefe also so lange arbeiten lassen, bis ein Alkoholgehalt von 0,5 Vol.% entstanden ist und die Aktivität der Hefe dann durch kurzzeitiges, starkes Erhitzen beenden (abgebrochene Gärung). Da die Hefe für die Umsetzung aber auch eine gewisse Energie benötigt, kann der ganze Gärprozess auch bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, was die Aktivität der Hefe deutlich herabsetzt und somit insgesamt gar nicht so viel Alkohol entsteht (unterdrückte Gärung). Mittlerweile wurden auch Hefesorten gezüchtet, die schon bei geringem Alkoholgehalt von selber deaktiviert werden, so dass der Gärprozess gar nicht mehr aktiv beeinflusst werden muss.

Die Verfahren der zweiten Kategorie setzten auf die Entfernung des entstandenen Alkohols aus dem gebrauten Bier. Das kann z.B. über eine Vakuum Rektifikation geschehen, bei der durch Zuführen von Energie der Alkohol selektiv aus dem Bier verdampft wird. Auch Membranverfahren wie die Umkehrosmose oder die Pervaporation können zum Einsatz kommen. Hier wird das Bier mit Hilfe von Membranen gefiltert, die für Alkohol und Wasser durchlässig sind, nicht aber für die anderen Inhaltsstoffe des Bieres. Das übergebliebene „Bierkonzentrat“ wird dann wieder so lange mit Wasser versetzt, bis der Alkoholgehalt auf jeden Fall unter 0,5 % liegt.

Alle genannten Verfahren haben ihre Vorteile. Biere, die mit unterdrückter oder abgebrochener Gärung hergestellt werden, sind in der Regel eher süß und fruchtig. Dafür weisen Biere, die komplett vergoren wurden und denen der Alkohol im Nachhinein entzogen wurde eher den typischen Biergeschmack auf. Aus diesem Grund hat, genau wie auch beim alkoholhaltigen Bier, jeder seine favorisierten Sorten und die Diskussionen über den Geschmack von alkoholfreiem Bier können bei jeder Gelegenheit von neuem geführt werden.

 

Quellen:

https://www.stoertebeker.com/de_de/alkoholfreies-bier—wie-funktioniert-das-

https://www.hopfenhelden.de/alkoholfreies-bier/

https://craftbeer-revolution.de/lexikon/alkoholfreies-bier

Warum brennt eine Magnesiumfackel unter Wasser?

An die Taucher unter euch: Habt ihr schon einmal eine Magnesiumfackel unter Wasser gezündet? Eigentlich denkt man ja, dass Wasser eine Flamme eher löscht. Magnesiumfackeln brennen aber auch unter Wasser. Aber wie geht das?

Magnesium ist ein Metall, das in Pulverform leicht brennt. Wenn Magnesium brennt, wird bei dieser Reaktion sehr viel Energie freigesetzt. Die Folge ist, dass die Verbrennung bei über 2500°C stattfindet. Jetzt muss man mal überlegen, was für eine Verbrennung benötigt wird. Ein brennbares Material (hier Magnesiumpulver), Sauerstoff und eine Zündquelle wie zum Beispiel ein Funke. Normalerweise hat Wasser eine löschende Wirkung, da es einer Flamme den Sauerstoff entzieht und gleichzeitig das brennbare Material unter die Zündtemperatur abkühlt. Andererseits ist die chemische Formel für Wasser H₂O. Damit besteht es aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff. Es ist also genügend Sauerstoff im Wasser enthalten. Durch die sehr hohe Verbrennungsenergie, die in einer Magnesiumfackel freigesetzt wird, kann das Wasser teilweise in seine Bestandteile „zerlegt“ werden. Dadurch wird elementarer Sauerstoff frei, der wiederum für die weitere Verbrennung des Magnesiums verwendet werden kann. Dadurch entsteht wieder viel Energie und so weiter. Folglich ist eine Magnesiumfackel in der Lage auch unter Wasser zu brennen und ermöglicht es somit Tauchern gegebenenfalls ein Lichtsignal zu senden um Hilfe zu holen.

Da Wunderkerzen unter anderem auch aus Magnesium bestehen, funktioniert das übrigens mit ihnen ebenfalls. Sie brennen unter Wasser weiter. Allerdings sprühen sie unter Wasser nicht mehr so schön in alle Richtungen.

 

Quellen:

https://www.abendblatt.de/ratgeber/wissen/article107759009/Warum-brennt-Magnesium-auch-unter-Wasser.html

Wie funktioniert Sonnencreme?

So langsam macht sich doch der Sommer und vor allem die Sonne bei uns breit. Die Tage werden immer wärmer und die Sonne immer intensiver. Um sich trotzdem in die Sonne legen zu können greifen wir zur Sonnencreme um nicht am nächsten Tag mit einem ordentlichen Sonnenbrand aufzuwachen. Aber wie funktioniert eigentlich eine Sonnencreme? Wie kann sie uns vor der gefährlichen Strahlung der Sonne schützen?

Die Meisten wissen, dass die UV-Strahlung der Sonne diejenige ist, die Sonnenbrand und andere Hautschäden verursacht und dass Sonnencremes über einen UV-Schutz verfügen. Vielleicht hast du dich ja auch schon einmal gefragt, wie dieser UV-Schutz eigentlich funktioniert.

Es gibt zwei Mechanismen, die in Sonnencremes verwendet werden, um uns vor UV-Strahlung zu schützen. Einen physikalischen Effekt und einen chemischen. Für den physikalischen Effekt werden der Sonnencreme sehr kleine Teilchen aus Metalloxiden wie Titanoxid oder Zinkoxid zugegeben. Diese Teilchen, die beim Einschmieren auf der Hautoberfläche haften bleiben, wirken wie winzige Spiegel. Die Spiegel reflektieren einen Großteil des auf die Haut fallenden UV-Lichts und sorgen dadurch dafür, dass die Strahlung gar nicht erst in die Haut eindringen kann. Für den chemischen Effekt werden der Creme synthetische Stoffe beigemischt, die nach dem auftragen in die Haut eindringen und dort einen Schutzfilm bilden. In diesem Schutzfilm wird die Strahlung nicht reflektiert, sondern unschädlich gemacht. Die UV-Strahlung wird von den Stoffen absorbiert und in für uns unschädliche Infrarotstrahlung, also Wärme, umgewandelt.

Die meisten Sonnencremes kombinieren beide Effekte um möglichst effizient zu wirken. Ein 100%iger Schutz vor UV-Strahlung ist aber nie gewährleistet. Unsere Haut hat aber ja auch noch einen eigenen Schutzmechanismus, nämlich die Hautbräune. Einen Artikel zum Thema „Warum werden wir von der Sonne braun“ findest du auf diesem Link. Dort ist auch der Unterschied zwischen UV-A und UV-B Strahlung beschrieben.

Wenn du dich jetzt das nächste Mal mit einer Sonnencreme einschmierst weißt du auch was diese bewirkt und vor allem wie sie es tut.

 

Quellen:

http://www.wdr.de/tv/kopfball/sendungsbeitraege/2013/0512/sonnenmilch.jsp

http://www.pflichtlektuere.com/26/07/2013/wissenswert-so-funktioniert-sonnencreme/

https://www.welt.de/wissenschaft/article108370049/So-funktioniert-die-Chemie-der-Sonnencreme.html

Wie funktioniert ein Taschenwärmer?

Bevor die kalte Jahreszeit sich langsam dem Ende neigt, noch ein Thema für den Winter.

Wie funktionieren die Taschenwärmer?

Viele haben vielleicht schon einmal einen benutzt. Man knickt das Metallplättchen im Inneren und der Taschenwärmer wird warm. Für die Wiederverwendung muss er dann in kochendes Wasser gelegt werden. Aber was passiert dabei eigentlich, dass die Wärme frei wird?

Die Substanz, die sich im Inneren eines solchen Taschenwärmers befindet, nennt sich Natriumacetat Trihydrat. Natriumacetat ist ein Salz (allerdings keines, dass zum Verzehr geeignet ist). Trihydrat bedeutet, dass an jedem Salzmolekül drei Wassermoleküle hängen, die das Salz umgeben.

Beim Erwärmen im kochenden Wasser trennen sich die Wassermoleküle vom Salz, wodurch das Salz sich wiederum im freigewordenen Wasser lösen kann. Wie Kochsalz, dass man in Wasser gibt. Da die Menge an Salz, die im Wasser gelöst werden kann von der Temperatur abhängt, würde beim Abkühlen normalerweise das Salz wieder kristallisieren, also fest werden. Dafür benötigt es aber einen Auslöser, wie zum Beispiel eine Unreinheit oder eine raue Oberfläche. Wenn man den Taschenwärmer in Ruhe abkühlen lässt, gibt es keine Auslöser für die Kristallisation. Was jetzt entsteht ist also ein Zustand, in dem das immer noch gelöste Salz eigentlich fest werden will, aber ohne Auslöser nicht kann. Diesen Zustand nennt man „Metastabil„. Der Auslöser, der den metastabilen Zustand zum Einsturz bringt, ist das Knicken des Metallplättchens im Taschenwärmer. An der Knickstelle entsteht auf mikroskopischer Ebene eine raue Oberfläche, an der die Kristallisation beginnen kann. Wenn einmal ein Salzkristall gebildet ist geht es ziemlich schnell und es dauert nicht lange, bis der ganze Inhalt des Taschenwärmers fest ist. Die dabei entstehende Wärme, die dann die Hände wärmt, ist die Selbe, die man mit heißem Wasser reinstecken musste, um den Inhalt zu verflüssigen.

Ein Taschenwärmer ist also im Prinzip ein chemischer Wärmespeicher, den man mit heißem Wasser Aufladen und durch das Knicken des Metallplättchens wieder entladen kann.