Antiblasen

Interessante Versuche aus dem Bereich der Physik.

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Pok
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Antiblasen

Beitrag von Pok »

Antiblasen

Als Blase wird ein Luftraum bezeichnet, der durch einen dünnen Flüssigkeitsfilm von der umgebenden Luft getrennt ist. Bei Antiblasen verhält es sich genau andersherum. Sie bestehen aus Flüssigkeit, die von einem Luftfilm von der Umgebungsflüssigkeit getrennt ist. Besser bekannt sind sie unter den Bezeichnungen Antibläschen oder anti-bubbles. Sie lassen sich mit einfachen Mitteln und etwas Übung selbst herstellen.


Geräte:

Becherglas (200 ml), Strohhalm, 405 nm UV-Lichtquelle (optional)


Chemikalien/Zubehör:

Leitungswasser

Geschirrspülmittel

Methylenblau Warnhinweis: xn
Fluorescein Warnhinweis: attn
Saccharose


Durchführung:

In einem Liter Leitungswasser löst man unter vorsichtigem Rühren etwa 1 ml Spülmittel. Ein Becherglas wird bis 5 mm unter den Rand mit der Lösung gefüllt. Man wartet bis eventuell entstandene Bläschen nach oben gestiegen sind. Den Schaum auf der Oberfläche schöpft man ab.

Mit einem Strohhalm wird etwas Lösung entnommen, indem man den Strohhalm bis zum Knick in die Lösung taucht, das andere Ende mit dem Finger verschließt und dann den Strohhalm aus der Lösungen hebt. Die Öffnung des Strohhalms positioniert man schräg (ca. 20° - Winkel) ca. 5 mm über die Flüssigkeitsoberfläche und lässt die Flüssigkeit aus dem Strohhalm strömen, indem man den Finger vom anderen Ende wegnimmt. Das ausströmende Wasser wird bei Auftreffen auf die Flüssigkeitsoberfläche von einem Luftfilm umgeben und bildet eine große Flüssigkeitsblase in der Spülmittellösung. Mit dieser Methode lassen sich fast 1 cm große Antiblasen erzeugen. Allerdings bedarf es dazu etwas Übung, da man den richtigen Winkel und die richtige Fallhöhe treffen muss.

Einfacher und ziemlich verlässlich klappt es, wenn man nur die Hälfte des kürzeren Strohhalm-Abschnitts mit der Lösung füllt und dann senkrecht statt schräg etwa 3 mm über der Flüssigkeit den Tropfen fallen lässt. Dabei sind die entstehenden Antiblasen etwas kleiner. Mit viel Übung lassen sich auch bis zu 2 cm große Antiblasen erzeugen, indem der Strohhalm mit noch mehr Flüssigkeit gefüllt wird. Allerdings muss dann die Ausströmgeschwindigkeit verringert werden, indem der Finger nicht plötzlich, sondern etwas langsamer von der gegenüberliegenden Öffnung genommen wird.

Besteht die Lösung innerhalb der Antiblase aus etwas dichterem Medium als die umgebende Flüssigkeit, können auch fallende Antiblasen hergestellt werden. Dazu löst man in einem Teil der Spülmittel-Lösung etwas Zucker und benutzt diese Teillösung zum Befüllen des Strohhalms. Die dichtere Zucker-Spülmittel-Lösung sinkt dann auf den Boden des Gefäßes. Unterschichtet man die Lösung zusätzlich mit einer noch zuckerreicheren Lösung, so lassen sich schwebende Antiblasen erzeugen, die einige Minuten "überleben" können.

Farbige Antiblasen lassen sich ähnlich erzeugen, indem man etwas Farbstoff (z.B. Methylenblau oder Lebensmittelfarbe) in der einzutropfenden Lösung löst. Im Falle von fluoreszierenden Farbstoffen (z.B. Fluorescein oder Aesculin aus Rosskastanienzweigen) lassen sich so durch Anregung mit UV-Licht leuchtende Antiblasen erzeugen.

Aufeinanderprallende Antiblasen zerplatzen oder bleiben unverändert, fusionieren aber nicht. Genauso verhält es sich beim Kontakt mit Gegenständen. Es bilden sich nicht wie bei Seifenblasen Halbkugeln, die auf der Oberfläche haften (jedenfalls konnte ich das nie beobachten). Antiblasen "sterben" (also zerplatzen) von alleine nach einigen Sekunden bis Minuten, wenn die Luftmembran dünner wird. Ursache ist vermutlich, dass die Luft innerhalb der Membran langsam nach oben steigt und dort eine "Kappe" bildet. Die Membran wird dadurch an den restlichen Stellen dünner und zerreißt.


Hinweise, falls das Experiment misslingen sollte:

Das verwendete Spülmittel hieß "Sonett Geschirrspülmittel". Der Strohhalm war 21 cm lang (kurzer Teil bis zum Knick = 4,5 cm lang) und 5 mm im Durchmesser.

Elektrostatische Aufladung kann die Bläschenbildung verhindern. Das kann passieren, wenn z.B. das Gefäß auf einer Metallplatte steht. Verhindern lässt sich dieser negative Effekt, indem man mit einem Finger der anderen Hand die Oberfläche der Flüssigkeit im Becherglas berührt, während man den Tropfen mit dem Strohhalm hineinschüttet.

Luftbläschen in der Lösung verhindern ebenfalls die Entstehung langlebiger Antiblasen. Es sollte vorsichtshalber 30 Minuten gewartet werden nach dem Einfüllen der Flüssigkeit, damit auch nicht sichtbare Gasblasen verschwunden sind.

Wesentlich mehr Spülmittel in der Lösung (über 3-4 g/l) führt bei Misslingen nicht zu einer Verbesserung und ist deshalb überflüssig.


Erklärung:

Spülmittel enthalten Tenside, welche aus polaren und unpolaren Gruppen bestehen. Die Gruppen ordnen sich bei einer Seifenblase wie bei einer Antiblase so an, dass die polaren Gruppen zur Flüssigkeit zeigen und die unpolaren zur Luft.

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Auf der ungestörten Flüssigkeitsoberfläche im Becherglas zeigen somit die unpolaren Gruppen zur Luft, wie auch bei der gerade eintropfenden Lösung. Zwischen beiden Oberflächen bildet sich ein Luftkissen. Darin unterscheidet sich die Membran von einer Biomembran, welche ähnlich aufgebaut ist - jedoch ohne eine Luftschicht zwischen den unpolaren Oberflächen. Fließt die Flüssigkeit mit einem gewissen Schwung ein, so verursacht das ein Einsinken der Blase unter die Oberfläche. Zu schnelles Einfließen reißt die Doppelmembran aus Tensiden auf, weshalb keine Antiblase zustande kommt.

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Unterschied von Seifenblase und Antiblase

Antiblasen lassen beim Zersplatzen nur etwa 1/1000 ihres Volumens an Luftbläschen zurück und lassen sich so von gewöhnlichen Blasen leicht unterscheiden. Diese Luft stammt aus der nur wenig µm dicken Luftmembran, analog der Flüssigkeitsmembran einer normalen Seifenblase. Aufgrund dieses geringen Luftvolumens bei gleichzeitig großem Gesamtvolumen steigen sie durch die großen Reibungskräfte auch viel langsamer auf als Luftblasen. Gut zu sehen ist das in den Videos.

Noch was zur Begrifflichkeit: offiziell heißen sie "Antibläschen". Ursprung sind vermutlich die ersten Beobachtungen bei nur ca. 1 mm großen Bläschen, wie sie auch beim normalen Eingießen einer Seifenlösung in eine andere auftreten. Bei einer Größe von 1 cm kann man aber nicht mehr von "Bläschen" reden. Die Bezeichung "Anti" ist übrings völlig richtig. Zwar sind auch noch andere Blasen bekannt (Gasblasen in Flüssigkeiten), aber dabei handelt es sich lt. Definition einiger Autoren um Hohlräume und keine Blasen. Das Gegenstück zu solchen Hohlräumen wären demnach Tropfen.


Bilder:

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Bekannt: auf der Wasseroberfläche liegendes Antibläschen. Ist das geschafft, muss der Tropfen nur noch aus einer etwas größeren Höhe fallen gelassen werden, wodurch er nicht mehr auf der Flüssigkeit liegt, sondern unter die Oberfläche gedrückt wird.

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Die einzelnen Stadien der Antiblasen-Bildung: (1.) Der mit etwa 2 cm Flüssigkeitssäule gefüllte Strohhalm befindet sich ca. 3 mm über der Oberfläche. (2.) Der Tropfen fällt ins Wasser. Es sieht aus wie eine Lufteinstülpung, ist aber ein Wassertropfen, der von einem Luftfilm umgeben ist. (3.) Durch den Schwung des Tropfens gelangt er in tiefere Schichten. (4.) Es bildet sich ein Schlauch aus... (5.) ...der sich plötzlich abschnürt.... (6.) ...und eine Antiblase hinterlässt.

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Die Bildung einer Antiblase bei schrägem Einfließen der Lösung (Bilder aus verschiedenen Eintropfversuchen)

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Eine Antiblase scheint eine sehr dicke "Schale" aus Luft zu haben. Das ist eine optische Täuschung, die durch Totalreflektion hervorgerufen wird.

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Intakte Antiblase und Überbleibsel nach dem Zerplatzen (kleine Luftbläschen rechts direkt unter dem Strohhalm)

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Mit einer Methylenblau-Spülmittel-Lösung gefüllte Antiblase

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Nach dem Zerplatzen steigen die winzigen Gasblasen aus der Membran auf und der Inhalt sinkt unter Verwirbelung herab.

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Eine Antiblase mit Methylenblau und Zucker liegt auf dem Boden.

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Grüne Antiblase (innen mit Fluorescein)

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Fluoreszierende Antiblase (Fluorescein angeregt mit einem 405 nm - Laserpointer)


Videos:

www.dailymotion.com/embed/video/x14vw4k
gewöhnliche Antiblasen

www.dailymotion.com/embed/video/x14vybv
Blau gefüllte Antiblase (nach einigen Fehlversuchen)

weitere Videos:
[1, 2, 3, 4 ]


Entsorgung:

Die Lösungen können ins Abwasser gegeben werden.


Quellen:

Wilfried Suhr & H. Joachim Schlichting (2011) Antibubbles - Experimentelle Zugänge. Didaktik der Physik, Frühjahrstagung – Münster. http://www.phydid.de/index.php/phydid-b ... ew/264/371

http://www.wdr5.de/sendungen/leonardo/k ... lge46.html

http://www.antibubble.org/
Zuletzt geändert von Pok am Montag 12. Dezember 2016, 12:38, insgesamt 2-mal geändert.

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Uranylacetat
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Beitrag von Uranylacetat »

Einfach cool & höchst interessant! :wink:
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lemmi
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Beitrag von lemmi »

Ich finde das auch schön und vor allem wenig bekannt! Eignet sich m.E. gut für einen Artikel und sollte von der "Spielwiese" in die "Artikelschmiede" verschoben werden.
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher."(A. Einstein 1871-1955)

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Newclears
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Beitrag von Newclears »

Hochinteressante Kiste! Interessant ist die strukturelle Ähnlichkeit zu Micellen und damit Lipiddoppelmembranen. Wäre biologisch mal interessant, ob es u.U. vesikuläre Transportsysteme gibt die darauf beruhen bzw sich u.U. in abgewandelter Form finden lassen. Könnte mir gut vorstellen, dass das Phänomen eine evolutionäre Rolle beim Gastransport in und aus Urzellen gespielt haben könnte die ja lediglich aus Lipiddoublelayern bestanden haben sollen. Denkbar wäre, das hierbei Antiblasen im umgebenden, stark bewegten, Medium eine Rolle gespielt haben. Nur meine persönliche Theorie (wahrscheinlich forscht sich daran schon wieder irgendwo ein Doktorand die Finger dran wund ;) )
Zuletzt geändert von Newclears am Sonntag 5. Januar 2014, 01:57, insgesamt 1-mal geändert.
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Pok
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Beitrag von Pok »

Newclears hat geschrieben:Hochinteressante Kiste! Interessant ist die strukturelle Ähnlichkeit zu Micellen und damit Lipiddoppelmembranen.
:thumbsup:

Dasselbe dachte ich mir auch. Wenn man sich die farbigen Antiblasen anguckt, kann man die Analogie zu "abgeschlossenen Reaktionsräumen", was ja Vakuolen und Co sind, leicht vorstellen. Ich hatte auch schon dran gedacht, eine richtige Reaktion in einer Antiblase durchzuführen: die Landolt-Zeitreaktion. Bin aber noch nicht dazu gekommen. Was bei diesen Farben stört, ist, dass bei Fehlversuchen sofort die Lösung angefärbt ist. Wenn man aber der Lösung einen farbstoffzerstörenden Zusatzstoff beifügt, wäre das nicht der Fall. Im Falle von Landolt vielleicht Thiosulfat.

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Newclears
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Beitrag von Newclears »

Wir haben es ja mit einer "Gasmembran" zu tun. Insofern wäre es vielleicht ganz sinnvoll das Medium mit z.B. Ammoniak anzureichern und die Antiblase statt mit Methylenblau mit Phenolphthalein? Dann könnte mann Diffusion direkt beobachten. Interessant wäre aber auch das ganze ähnlich dem "Blue Bottle" Versuch in der Antiblase aufzubauen um Oberflächennah u.U. eine O2 Diffusion beobachten zu können.
Zu guter letzt wäre es natürlich der Oberhammer das unter verschiedenen Atmosphären anzutesten.ss

p.s.:
Wäre echt ein Forschungsthema aber ich persönlich tendiere in Richtung "Marine Ökozoophysiologie" damit wäre das ein Grenzbereich... ;)
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