Brausetablette, Lebensmittelfarbe, Wasser und Öl: Eine Experimentieranleitung

Die Funktionsweise einer Lavalampe birgt keine Geheimnisse! Vielmehr fußt ihr Betrieb auf verhältnismäßig unkomplizierten chemischen Gesetzmäßigkeiten, welche in diesem Artikel eingehender erläutert werden. Des Weiteren wird Dir anschaulich dargelegt, wie Du eigenhändig eine solche Lampe konstruieren kannst. Dies gestaltet sich tatsächlich als äußerst unaufwendig, das garantieren wir!

Was genau verbirgt sich hinter dem Konzept einer Lavalampe?

Entgegen der Bezeichnung, welche der Name suggeriert, ist in einer Lavalampe selbstverständlich keine wirkliche Lava enthalten. Vielmehr umschließt sie viskoses Wachs, ergänzt durch ein Leuchtmittel (meist eine Glühbirne), das die Funktionen einer Licht- und Wärmequelle erfüllt. Des Weiteren wird von den Produzenten eine zweite Substanz beigemischt, welche eine vergleichbare Dichte aufweist, in der das Wachs jedoch keine Löslichkeit zeigt. Folglich ist eine Vermischung der beiden Substanzen ausgeschlossen.

Wird die Leuchte daraufhin aktiviert, erfährt das kolorierte Wachs (oder gelegentlich Öl) eine Erwärmung und nimmt schrittweise einen flüssigen Zustand an. In diesem Prozess expandiert es und modifiziert seine spezifische Masse, was ein Aufsteigen zur Folge hat. Sobald das Wachs die obere Zone erreicht, kühlt es wieder leicht ab, was zu seinem Absinken führt. Daraufhin beginnt der gesamte Kreislauf von Neuem. Es wird somit ersichtlich: Eine Lavalampe beruht keineswegs auf magischen Kräften oder geothermischen Phänomenen. Vielmehr lassen sich die zugrundeliegenden Vorgänge ausnahmslos chemisch erklären!

Benötigte Materialien für die Konstruktion einer Lavalampe

Um eine Lavalampe herzustellen, sind demnach keinerlei außergewöhnliche oder übernatürliche Ingredienzien vonnöten. Es ist auch nicht erforderlich, eigens eine Bohrung im Erdboden vorzunehmen, um an die begehrte Materie (Lava) zu gelangen. Vielmehr sind zur eigenständigen Anfertigung einer Lavalampe die nachstehenden Materialien erforderlich:

ein Glasgefäß von beträchtlicher Höhe oder eine geeignete Flasche
gewöhnliches Leitungswasser
Speiseöl (zum Preis von 1,19 €)
Lebensmittelfarbe (für 1,99 € erhältlich)
Brausetabletten (Kostenpunkt: 0,45 €)

Deine persönliche Lavalampe: Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung (4 Phasen)

Solltest Du Deine eigene Lavalampe konstruieren, sorge zwingend für eine mühelos säuberbare Arbeitsfläche! Halte überdies Küchentücher griffbereit, um etwaigen Missgeschicken beim Verschütten entgegenzuwirken! Sind alle benötigten Utensilien vorhanden? Dann kann das Experiment beginnen: Lasst die Blasen sprudeln!

1. Die Befüllung des Behälters mit Wasser

In der anfänglichen Phase wird der von Dir gewählte Behälter zu ungefähr einem Drittel mit gewöhnlichem Leitungswasser aufgefüllt. Ohne die Präsenz von Wasser wäre die Funktionalität Deiner Lavalampe nämlich nicht gegeben.

2. Kolorierung des Wassers mittels Lebensmittelfarbe

Es wird Dir nachdrücklich angeraten, dem Wasser eine Färbung zu verleihen. Denn Deine Lavalampe soll schließlich im Endergebnis nicht nur funktional, sondern auch optisch überaus ansprechend wirken, nicht wahr? Obwohl Lebensmittelfarbe für diesen Zweck hervorragend geeignet ist, kann Tinte ebenso erfolgreich zum Einsatz kommen. Zur Kreation eines authentischen Lava-Effekts wurde von uns die Verwendung von roter Lebensmittelfarbe präferiert. Das Ergebnis präsentiert sich jedoch auch mit alternativen Farbgebungen äußerst ansprechend. Es steht Dir ebenfalls frei, verschiedene Farbtöne zu kombinieren und Deinem Leuchtobjekt auf diese Art einen vollkommen individuellen Charakter zu verleihen.

3. Ergänzung des Behälters um Speiseöl

Welche Veränderungen treten nun mit dem eingefärbten Wasser ein, sobald Speiseöl hinzugefügt wird? Führe diesen Schritt selbstständig aus! Befülle den Behälter hierfür um ungefähr ein Drittel mit Nahrungsöl! Es ist unerlässlich, einen gewissen Freiraum zum oberen Rand des Gefäßes beizubehalten, um ein Überlaufen der Lavalampe nach ihrer Fertigstellung zu verhindern.

Beeindruckend! Der Anblick ist bereits jetzt überaus ansprechend! Doch welche Prozesse vollziehen sich in diesem Moment eigentlich genau?

Forscher-Beobachtung 1:

Anfänglich wird das Wasser geringfügig in Bewegung versetzt. Im Folgenden lagert es sich jedoch am Boden des Gefäßes ab. Dieser Umstand ist darauf zurückzuführen, dass Wasser und Öl nicht miteinander mischbar sind. Naturwissenschaftlich wird dieses Phänomen als das Vorhandensein divergierender Polaritäten bezeichnet. Konkret bedeutet dies, dass Wasser als polare Substanz, Öl hingegen als unpolare Substanz klassifiziert wird. Einfach ausgedrückt resultiert daraus, dass die atomaren oder molekularen Bestandteile, aus denen sowohl Wasser als auch Öl aufgebaut sind, eine wechselseitige Abstoßung erfahren. Die Wahrscheinlichkeit einer guten Vermischbarkeit von Flüssigkeiten steigt proportional zur Ähnlichkeit ihrer jeweiligen Polaritäten an.

4. Zugabe der Brausetablette

Nun ist der Zeitpunkt gekommen, an dem die „Lava' ihr sprudelndes Verhalten zeigen kann. Lege hierzu die Brausetablette in Dein Behältnis. Anschließend ist es von Bedeutung, die dabei ablaufenden Prozesse akribisch zu beobachten.

Sobald die Brausetablette mit dem Wasser in Kontakt tritt, lässt sich die Bildung winziger Gasbläschen feststellen. Dabei handelt es sich um die Entstehung von Kohlenstoffdioxid (Förster, 2005). Dies ist identisch mit jenem Gas, welches auch bei der menschlichen Atmung exhalatorisch freigesetzt wird.

Forscher-Beobachtung 2:

Das Öl verbleibt stets an der oberen Schicht, während das Wasser sich am unteren Bereich ansiedelt. In diesem Kontext wird ein physikalisches Phänomen offensichtlich. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass Öl eine niedrigere spezifische Masse als Wasser aufweist. Dies impliziert, dass es ein geringeres Gewicht besitzt (Meister, 2012). Aus diesem Grund bleibt es an der Oberfläche. Dies ist ein Paradebeispiel für die reine Physik!

Welche weiteren Beobachtungen können wir in unserer selbst kreierten Lavalampe festhalten?

Tabelle 1: Beim eigenständigen Bau einer Lavalampe lassen sich die folgenden Phänomene erkennen:

Feststellung	Kausalität	Detaillierte Erläuterung für angehende Wissenschaftler:innen
Das Öl formiert eine eigene Schicht über dem Wasser.	Öl und Wasser vermischen sich nicht. Zudem ist Öl weniger dicht als Wasser.	Die Ursächlichkeit hierfür liegt in den divergierenden Polaritäten und spezifischen Dichten der zwei Fluide begründet.
Lediglich das Wasser nimmt Farbe an, das Öl hingegen verbleibt transparent.	Die verwendete Lebensmittelfarbe löst sich im Wasser, jedoch nicht im Öl.	Die Fähigkeit zur Auflösung hängt von diversen Parametern ab, wie zum Beispiel der Quantität, der jeweiligen Temperatur und der Polarität. Lebensmittelfarbe ist von polarer Natur, während Öl als unpolar einzustufen ist.
Das Aufbrausen der Brausetablette beginnt erst beim Kontakt mit Wasser.	Die Tablette weist ausschließlich im Wasser Löslichkeit auf.	Die chemische Reaktion, welche das Sprudeln initiiert, kann sich ausschließlich in wässriger Umgebung vollziehen. Aus diesem Grund geschieht keinerlei Reaktion, solange die Tablette das Öl durchquert.
Innerhalb des Wassers erzeugt die Brausetablette Luftbläschen und zerfällt.	Innerhalb des Wassers geht die feste Tablette in einen gasförmigen Zustand über.	Die Brausetablette setzt sich partiell aus Salzen, den sogenannten Hydrogencarbonaten, zusammen. Ferner ist Zitronensäure beigefügt. Sobald sich die Tablette im Wasser auflöst, reagiert das Hydrogencarbonat mit der Säure. Bei dieser Reaktion werden Wasser und das Gas Kohlenstoffdioxid (CO₂) freigesetzt. Das CO₂ steigt anschließend in winzigen Blasen aufwärts.

Wissensüberprüfung zum durchgeführten Experiment

Obgleich Deine selbst gebaute Lavalampe nicht durch thermische Energie betrieben wird, nutzt sie dennoch die unterschiedlichen Polaritäten und Dichten von Wasser und Öl. Um sie wieder zu reaktivieren, kannst Du ohne Weiteres eine zusätzliche Brausetablette beifügen. Bist Du bereit, Deine neu erworbenen Kenntnisse einer Prüfung zu unterziehen? Dann empfehlen wir Dir, Dich unseren Fragestellungen bezüglich der Lavalampe zu widmen! Sie fungieren zudem als ideale Bereicherung für den häuslichen Unterricht.

Die Funktionsweise einer Lavalampe beruht auf den divergierenden Polaritäten und Dichten der beiden darin enthaltenen Fluide. Zudem ist Wärme von maßgeblicher Bedeutung, wie Du inzwischen erkannt hast. Obwohl Deine eigenhändig gefertigte Lavalampe nicht nach exakt der gleichen Methode operiert, präsentiert sie sich optisch mindestens ebenso imposant wie die kommerziell erhältlichen Modelle, findest Du nicht auch?

Quellenverzeichnis

Meister, Erich (Jahr 2012): Basispraktikum der Physikalischen Chemie &8211; Fundamentale Theorien und praktische Experimente, Zweite erweiterte Auflage, Zürich.

Förster, Hendrik (Jahr 2005): Chemische Ausstellungsstücke für den kindlichen Bereich in Wissenschaftszentren, Bielefeld.

Häufig gestellte Fragen zur Thematik der Lavalampe

Wie wird eine Lavalampe eigenhändig hergestellt?

Hierzu wird anfänglich ein hohes Glasbehältnis mit Wasser befüllt, welches darauffolgend mittels Lebensmittelfarbe koloriert wird. Daraufhin werden Speiseöl und sodann Brausetabletten hinzugegeben, was den beeindruckenden Lavalampen-Effekt hervorruft. Falls eine Taschenlampe in Deinem Haushalt vorhanden ist, lohnt sich ein Blick in die Ausführungen der Universität Koblenz-Landau. Dort erfährst Du, auf welche Weise dieses Experiment noch ausgebaut werden kann.

Welche Materialien sind für eine Lavalampe erforderlich?

Es sind ein Glasbehältnis, eine geringe Menge Wasser, Speiseöl, Lebensmittelfarbe nach Deiner Präferenz sowie Brausetabletten (etwa Magnesium- oder Vitamintabletten) vonnöten.

Welche Art von Flüssigkeit findet sich im Inneren einer Lavalampe?

Handelsübliche Lavalampen enthalten entweder Wachs oder Öl sowie eine zusätzliche Flüssigkeit, welche mit dem Wachs/Öl nicht mischbar ist, jedoch eine vergleichbare Dichte aufweist. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Mischungen aus Wasser, Alkohol und Salz. Für unsere eigens konzipierte Lavalampe werden hingegen ausschließlich Wasser und Öl verwendet. Die Universität Wuppertal hat die diversen Löslichkeiten von Wasser, Öl und Alkohol ebenfalls eingehend untersucht.

Welche Lebensdauer besitzt eine Lavalampe?

Typischerweise weisen diese attraktiven Leuchten eine beträchtliche Langlebigkeit auf und stellen ihre Funktion erst dann ein, wenn das integrierte Leuchtmittel defekt ist. Demgegenüber ist die Funktionalität unserer Lavalampe auf die Dauer der Auflösung der Brausetablette begrenzt. Dies ist jedoch ohne Belang, denn um die Wirkung zu verlängern, kann schlichtweg eine weitere Tablette in das Gefäß gegeben werden.

Wieso verbleibt Öl an der Wasseroberfläche?

Öl weist eine geringere spezifische Masse als Wasser auf und verbleibt folglich immer an der Oberfläche.

Für weitere Experimente schaue bitte hier: Experimente