Eine schwebende Ölkugel in Wasser und Brennspiritus

Ein Versuch zur Dichte und zur Oberflächenspannung von Flüssigkeiten mit Wasser, Brennspiritus und Öl.

Eine schwebende Ölkugel in Wasser und Brennspiritus

Die Ölkugel bildet sich irgendwo in der Mitte des Glases.

Eine schwebende Ölkugel in Wasser und Brennspiritus

Wenn man das Glas bewegt, dann vollzieht auch die Ölkugel interessante Bewegungen.

Eine schwebende Ölkugel in Wasser und Brennspiritus

Nach dem Rühren entstehen kleinere Ölkugeln und Tröpfchen...

Eine schwebende Ölkugel in Wasser und Brennspiritus

...nach einer Weile vereinigen sie sich wieder zu einer großen Kugel.

Geben wir Öl in Wasser, so wird das Öl auf der Oberfläche des Wassers schwimmen. Der Grund dafür ist die unterschiedliche Dichte von Wasser und Öl. Wasser hat eine höhere Dichte als Öl. Im Alltag hören wir leider immer wieder Nachrichten von Tankerhavarien, bei denen Öltanker auf dem Meer ihre Ladung verlieren. Dann ist von einem "Ölteppich" die Rede. Damit ist ein zusammenhängendes Gebiet von Erdöl auf dem Meerwasser gemeint. Auch hier sorgt der Auftrieb dafür, daß das Öl nicht untergeht und so auch wieder geborgen werden kann.

Auch wenn wir kräftig darin rühren und kleinere Ölkügelchen erzeugen, so werden diese die Öltröpfchen wieder zur Oberfläche wandern. Eine Ausnahme stellen dabei sogenannte Emulsionen dar, hier ist das Öl so fein im Wasser verteilt, daß eine Entmischung allein durch verschiedenen Auftrieb nicht mehr so einfach möglich ist.

Für diese Versuche benötigen wir:

  • Brennspiritus.
  • Wasser.
  • Öl (Speiseöl, z.B. Sonnenblumenöl).
  • ein hohes Glas oder eine Flasche.
  • Rührstab.

 

Versuch 1 (Auftrieb):


Wir stellen eine Mischung aus Wasser und Brennspiritus her. Zunächst verwenden wir etwas weniger Brennspiritus als Wasser. Das Gemisch kommt in ein hohes, ebenes Glas oder eine Flasche. Wir geben ganz vorsichtig etwas Öl in diese Mischung. In unserem Versuch haben wir Speiseöl (Sonnenblumenöl) verwendet. Das Öl sollte nicht senkrecht in die Flüssigkeit fallen, da sich dann schon Ölkügelchen bilden. Man kann das Öl vorsichtig am Glasrand hinuntergleiten lassen.

Das Öl wird nun nicht mehr an der Oberfläche schwimmen, sondern bereits etwas eintauchen. Möchte man die "Tauchtiefe" verändern, so kann man mehr Brennspiritus dazu geben. Je mehr Spiritus, desto tiefer taucht das Öl ein. Wir beobachten, daß sich eine Ölkugel gebildet hat, die irgendwo in der Mitte des Glases bzw. der Flasche "schwebt".

Die Dichte von Wasser ist größer als die von Öl. Daher schwimmt Öl auf Wasser. Die Dichte von Alkohol (Brennspiritus) ist kleiner als die von Öl, daher schwimmt Alkohol auf Öl. Alkohol und Wasser lassen sich leicht mischen, es entsteht eine Flüssigkeit mit einer resultierenden Dichte zwischen Wasser und Alkohol.


Versuch 2 (Oberflächenspannung):

Daß sich eine Ölkugel bildet, hängt mit der Oberflächenspannung einer solchen Flüssigkeit zusammen. Das Öl ist bestrebt, eine möglichst geringe Oberfläche entstehen zu lassen. Dem kommt die Kugelform am nächsten.

Mit einem Rührstäbchen vermischen wir die Flüssigkeiten, so daß unterschiedlich große Öltröpfchen im Wasser-Spiritus-Gemisch schweben. Danach überlassen wir diese Mischung eine Weile sich selbst. Wird dieser Versuch im Unterricht gemacht, so sollte das Vermischen am Beginn der Unterrichtsstunde erfolgen. Nach einer möglichst langen Zeit (> 30 Minuten) beobachten wir die Mischung erneut. Anstelle vieler kleiner Öltröpfchen sehen wir nun wieder eine große Ölkugel. Nach und nach haben die kleinen Tröpfchen wie von Geisterhand wieder "zueinander gefunden" und sich zur großen Kugel vereinigt.

Der Grund dafür ist die Geometrie von Kugeln: Eine große Kugel hat eine geringere Oberfläche als viele kleine Kugeln.



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