Tesla Spulen Spielereien

Lustiger Kanal, über den ich da gerade aus Langeweile stolperte: "ElectroBOOM". Nomen est omen, der Kanadier Mehdi Sadaghdar ist Elektro-Ingenieur, ein leuchtendes (sic) Beispiel für gelungene Migration aus dem Iran und ein Mann mit relativ hoher Schmerztoleranz. Statt aber mit erhobenem Zeigefinger (be)lehrende Videos zu drehen, hält der Kamikaze-Elektroniker denselben statt dessen lieber an seine Tesla-Spule und eruiert so deren schmerzsstiftende Fähigkeiten. Auch sein desaströser Versuch, ein Handy mit einem Dynamo aufzuladen, ist sehenswert. Zumal er bereit ist, dafür auch seine kleine Tochter zu opfern.  Und irgendwie, trotz des ganzen Krawalls, lernt man nebenbei etwas. Das ist wohl auch der Grund, weshalb ihm deutlich über 600.000 Leute auf seinem Karambolagekurs durch die Welt der Elektrizität folgen.

Wer zum Thema Tesla die volle Packung braucht, findet Infos in meinem älteren Posting zu diesem Thema. Und um die Zauberblitze für die Ewigkeit zu konservieren, bieten sich Lichtenberg-Figuren an. Auch dazu habe ich bereits etwas gepostet.

DNA extrahieren

Bis auf die roten Blutkörperchen besitzt jede Zelle unseres Körpers einen zwei Meter langen Strang mit unseren Erbanlagen. Und um den sichtbar zu machen, braucht man kein Labor. So etwas kann man ruckzuck in der Küche erledigen. Zutaten:

• Etwas Erbgut (etwas Spucke oder - weniger eklig - ein paar Erdbeeren o.ä.)
• Spülmittel 
• eiskalten, reinen Alkohol (Ethanol aus der Apotheke, Spiritus geht auch)
• Kontaktlinsenreiniger (oder Ananassaft)

Kältemischungen

Heute waren es 34° in Hamburg, da passt das doch wie die Faust aufs Auge: Denn wenn die Limonade pi-warm wird, ist man im Team ZEUK natürlich gerüstet. Mitmenschen mit Gastro-Erfahrung kennen den Kochsalz + Eiswürfel-Trick (Mischungsverhältnis ca. 1:3), es gibt aber noch andere "Kältemischungen". Viel tiefere Temperaturen erreicht man zum Beispiel mit Ethanol & Trockeneis (festes Kohlenstoffdioxid, CO2): Da bewegen wir uns dann schon bei bis zu 90° Grad Minus und können z.B. Blumen wie in flüssigem Stickstoff schockfrosten. Um zu Hause Speiseeis herzustellen, reicht aber schon die Kochsalz-Nummer.

Sekundenkleber

Auch mit Sekundenkleber kann man eine Menge Spaß haben, denn das Zeug lässt sich prima Zweckentfremden. Bergsteiger und Musiker schützen damit zum Beispiel ihre Fingerkuppen (kann später ggf. mit Aceton entfernt werden). Es lassen sich damit aber auch (Schnitt-)Wunden schließen. Einfach die Verletzung zudrücken und eine Ladung Sekundenkleber darauf (aber nicht IN die Wunde) Idealerweise kommt hier allerdings Sekundenkleber zum Einsatz, der statt Ethanol oder Methanol Butyl- bzw. Octyl-Alkohol enthält und deshalb ungiftiger ist. So etwas nutze die US-Armee bereits während des Vietnamkrieges, 1998 wurde dann die 2-Octyl-Cyanoacrylat-Variante für die zivile Nutzung freigegeben. Bei mueller-heinsberg.de gibts dazu tonnenweise Infos. BTW: Die ganz simple Version davon ist das altbekannte Sprühpflaster. In Folge 4 der ersten "Breaking Bad"-Staffel verarztet Walter sein Bein übrigens auch mit einer Tube Superglue.

DIY-Batterie (1)

Ein wunderbares Beispiel das zeigt, wie viel Energie uns umgibt und selbst in etwas Essig und einigen Münzen steckt. Diese Nutzung hat der junge Mann das natürlich nicht erfunden. Das war der Physiker Alessandro Volta, der 1800 mit seinem Vorläufer unserer Batterien, der Voltaschen Säule (PDF), eine der bedeutendsten Erfindungen der Menschheitsgeschichte machte – 20 Jahre nachdem der Anatom Luigi Galvani während eines Experiments bemerkte, dass Froschschenkeln zucken, wenn sie mit Kupfer und Eisen in Berührung kommen.

Galvani erzeugte unwissentlich aus zwei unterschiedlichen Metallen und einem Elektrolyt* („Salzwasser“ im Froschschenkel) einen Stromkreis. Er erkannte die Zusammenhänge nicht, legte aber die Grundlage für die Entwicklung Galvanischer Zellen durch Alessandro Volta. Wichtig fürs Verständnis: Die Elektrochemische Spannungsreihe.

*Elektrolyt = Stoffe, die zumindest teilweise als elektrische geladene Atome/Moleküle (Ionen) vorliegen. Beispiel: Essigsäure (schwaches Elektrolyt) oder gelöstes Kochsalz (starkes Elektrolyt). Die wichtigsten Elektrolyte sind entweder Säuren, Basen oder Salze.

Der Vollständigkeit halber hier noch der Hinweis auf einen anderen Energiespeicher, der bereits 1745 entdeckt wurde: Der Kondensator (in Form der “Leidener Flasche”). Das ist allerdings im Gegensatz zur Batterie ein physischer und kein chemischer Speicher.

Galvanisieren

Eine Form der Elektrolyse, 1780 von Luigi Galvani erfunden. Es gibt für knapp 16€ Galvano-Sets im Handel, das lässt sich aber auch improvisieren. Einfachstes Beispiel: Einen Zinknagel in Kupfersulfat (gibt's bei eBay, Conrad oder in der Apotheke, 250 ml ca. 7,50€) legen und warten. Etwas aufwendiger: Eine 5 Cent Münze mit dem Pluspol einer Stromquelle (= Anode), ein anderes Stück Metall mit dem Minuspol (= Kathode) verbinden. Es reichen 3-12 Volt, also zum Beispiel auch eine 9V-Batterie. Oder ein altes Handynetzteil. Wer mal sehen möchte, was man alles anzapfen kann, um 'ne zünftige Elektrolyse zu starten, besucht (auf eigene Gefahr) diese Homepage (englisch)...

So geht es weiter: Glas-/Plastikbehälter mit Kupfersulfat füllen. Es ist das Elektrolyt, in dem die abzuscheidenden Metall–Partikel gelöst sind. Münze und zu beschichtender Gegenstand in die Wanne legen. Sie dürfen sich unter keinen Umständen berühren, sonst gibt es einen Kurzschluss. Strom einschalten. Nach einiger Zeit erhält der Gegenstand eine Kupferschicht. Eine andere Variante ist das Tampon–Galvanisieren: Hier wird das Elektrolyt mit einem Schwämmchen (Tampon) an das zu behandelnde Teil gebracht. Weitere Infos dazu gibt es auf dieser Seite.

Was geht da vor sich? Bei der Galvanik wird Strom durch ein elektrolytisches Bad geschickt. An der Anode (+) befindet sich das Metall, das aufgebracht werden soll (z. B. Kupfer oder Nickel), an der Kathode (-)  der zu beschichtende Gegenstand. Der elektrische Strom löst Metallionen von der Verbrauchselektrode und lagert sie durch Reduktion auf der Ware ab. So wird der zu veredelnde Gegenstand gleichmäßig mit Kupfer oder einem anderen Metall beschichtet. Je länger sich der Gegenstand im Bad befindet und je höher der elektrische Strom ist, desto stärker wird die Metallschicht. Siehe dazu auch der Eintrag zum Thema Galvanoplastik.

Mit Silberleitlack (auch Leitsilber genannt, ca. 5-8€) kann man beliebige Gegenstände elektrisch leitend machen. Ich werde bei Gelegenheit mal testen, welche Mittelchen eventuell auch funktionieren (Lotpaste? "Magnetische" Wandfarbe? Graphitpulver + Kleber?) In der alten Zunft (ca. 1838) der Galvanoplastik ging’s ja auch - ein Modell aus Wachs + Graphitpulver + Elektrolyse = Reiterdenkmal, um es mal kurz zu machen... Tiefschürfendere Infos gibt's u.a. beim Westfalia Versand. Wie man mit ein wenig Bastelei Glasperlen verkupfert, wird auf dieser Seite hervorragend beschrieben.

Update: Ein TOP-Video, der die Vorgänge bestens veranschaulicht!

Elektro-Knetmasse

Wenn die Göre nicht bald im Fernsehen ist, weiß ich auch nicht. Sylvia zeigt uns heute, wie man leitfähige Knetmasse herstellt – und erklärt ganz nebenbei und in ihrer unnachahmlichen Art das ohmsche Gesetz und so. Erfunden hat sie die “Squishy Circuits” nicht, diese ziemlich geniale Idee stammt von der University of St. Thomas.

Magic Sand

Was man mit Sand so anstellen kann, habe ich schon mal in diesem Posting erwähnt, aber einen Nachschlag hab ich noch, der da nicht so wirklich reinpasst: Wasserscheuer Sand. Das wird auch als "Aqua Sand" unter die Leute gebracht, war ursprünglich zur Bekämpfung von Ölteppichen gedacht und kann selbst produziert werden (Video, PDF). Im Grunde ganz einfach: Erst 'ne ordentliche Schippe in den Ofen, um die Restfeuchtigkeit los zu werden. Und dann schön imprägnieren. Das würde ich draußen machen, denn Imprägniermittel kann die Lunge schädigen. Silikonspray könnte auch funktionieren. Die Profis benutzen Trimethylsilanol. Und wie man mit so einem 5€-Spielkram seinen Lebensunterhalt verdient, zeigt der "Zauberer" Luis de Matos in diesem Video.

Natriumacetat

Im letzten Posting (Taschenwärmer) erwähnte ich Natriumacetat. Das kann man kaufen, als echter Zeukster will man dieses Natriumsalz der Essigsäure natürlich selbst herstellen. Wir brauchen:

1 Packung Natron
1 Flasche Essigessenz (25%).
Beides gibt's in jedem Supermarkt.

Dann muss eigentlich nur noch die Säure neutralisiert werden. Dazu kann einfach so lange Natron zur Essigsäure gekippt werden, bis es aufhört zu schäumen (hier ein Instructable). Mancher macht aus dieser Reaktion ein Happening - zum Beispiel so einen Zimmervulkan. Man kann die Sache aber auch wissenschaftlich angehen: Essigessenz aus dem Supermarkt ist ja keine pure Essigsäure, sondern 25%ige. Hat man eine Flasche mit 200ml gekauft, heißt das also 200/4 oder 200*0,25 = 50ml reine Essigsäure muss neutralisiert werden. Um die Menge an Natron zu berechnen, brauchen wir das Periodensystem der Elemente. Dort stehen die Atommassen. Wir starten mit der zu neutralisierenden Säure:

Essigsäure = C2H4O2, Atommassen: C = 12u, H = 1u, O = 16u
Zusammengerechnet = 60u (2x12u + 4x1u + 2x16u)

Nun kann die Stoffmenge (in mol) mit dieser Formel berechnet werden:  n = m/M
(n = Stoffmenge (mol), m = Masse (ml oder gramm), M = Atommasse (u)). Das ergibt: Stoffmenge von 50ml Essigsäure = 50ml/60u = 0,83 mol. Genau so viel mol Natron brauchen wir auch, um die Säure zu neutralisieren. Doch wie viel Gramm sind das? Dazu bestimmen wir erst einmal die Atommasse von Natron:

Natron = NaHCO3, Atommassen: Na = 23u, H = 1u, C = 12u, O = 16u
Zusammengerechnet = 84u (1x23u + 1x1u + 1x12u + 3x16u)

Nun die Formel zur Stoffmengenberechnung umformen, um "m" (Gramm) berechnen zu können: m = n*M. Und das ergibt: Masse von 0,83mol Natron = 0,83 x 84 = 70g Natron. Wir brauchen also 70 Gramm Natron, um eine Flasche (200ml) 25prozentiger Essigessenz zu neutralisieren. Jetzt nur noch das Wasser verdampfen (in einer Pfanne zum Beispiel) und wir haben Natriumacetat C2H3NaO2!

Taschenwärmer

Noch ein Beitrag zum Thema "Wärme ohne Feuer" und einer, der in die Jahreszeit passt: Taschenwärmer. Zum Glück existieren neben den eher langweiligen benzin- oder kohlebetriebenen Methoden auch ein paar "magische" Varianten. Zum Beispiel der Aktivkohlewärmer. Die kommen als Massenprodukt aus Japan (MyCoal), sowas kann man aber auch ganz einfach selbst herstellen! Man braucht:

16g Eisenpulver

3g Aktivkohle (keine Holzkohle!)

3g Kochsalz

5ml Wasser

oder ein ähnliches Mischungsverhältnis. Unter Luftabschluss passiert gar nichts. Kommt jedoch Sauerstoff hinzu, erwärmt sich die Masse auf bis zu 70° und das für ca. 6-12 Stunden. Der Witz an der Sache: Wird die Luftzufuhr gesperrt, stoppt auch die exotherme Reaktion, der Handwärmer kühlt ab. Lässt man erneut Luft an die Paste, oxidiert das Eisen wieder. Am Ende hat man dann im Grunde Rost (Eisenoxid) in der Tasche. Und den kann man ja später brauchen, um Thermit herzustellen (wo aus Eisenoxid dann wieder Eisen wird!) An der Pädagogischen Hochschule St. Gallen wurde die Reaktion in so einem Beutel ganz genau untersucht (PDF). Eisenpulver gibt's zB hier (1kg = 15,60€, viel billiger als 100g!) oder hier (250g = 3,60€). Aktivkohle kann man recht günstig im Tierhandel bekommen, es wird zur Reinigung des Wassers in Aquarien gebraucht. Wer nicht basteln will, kauft sich entweder ein Wärmepflaster oder einen Aktivkohlewärmer aus dem Bergsportbedarf. 

Eine andere Wärmequelle  hat wieder mit unseren vielseitigen Freunden, den Salzen, zu tun. Diese sogenannten "Latentwärmespeicher" enthalten eine "unterkühlte Schmelze" - eine Flüssigkeit, die sich unterhalb ihrer Schmelztemperatur befindet. D.h. sie sollte eigentlich gar nicht flüssig sein (wie Wasser unter 0° zB siehe Video). Wie stellt man so etwas her? Die Löslichkeit von Stoffen in Wasser ist temperaturabhängig: In heißem Wasser kann mehr von dem Salz Natriumacetat gelöst werden als in kaltem. Kühlt die Flüssigkeit ab, entsteht eine übersättigte Lösung. Die ist metastabil - schon ein Fingertippen, “Knacken” mit einem Metallplättchen oder Staub, der auf die Oberfläche fällt, kann die Kristallisation auslösen. Dabei wird jene Energie frei, die zuvor in die Erwärmung der Flüssigkeit (bzw. dem Auflösen des Kristallgitters) investiert wurde. Zu Herstellung braucht man:

200g Natriumacetat

200ml destilliertes Wasser

Das Salz wird bei ca. 60° vorsichtig im Wasser aufgelöst. Das ganze nun abkühlen lassen. Wenn man die Flüssigkeit anschließend langsam ausgießt, bildet sich etwas, das wie Eis aussieht - in den USA auch "Hot Ice" genannt. Kommt die noch warme Flüssigkeit in einen Gefrierbeutel oä, hat man einen wiederverwendbaren (einfach wieder in warmes Wasser legen) Taschenwärmer!

Viele weitere Infos gibt es in diesem PDF von Prof. Dr. Peter Bützer von der Pädagogischen Hochschule St. Gallen.

Selbsterhitzendes Essen II

Eine weitere Möglichkeit ohne Feuer zu kochen, ist die exotherme Reaktion von Metallen, wie sie im miltärischen Bereich benutzt wird. Diese MREs  ("Meal, ready to eat") enthalten neben Müsliriegeln und Trockenbrot auch FRHs ("Flameless Ration Heaters"). Die nutzen die Energie, die bei der Oxidation von Magnesium frei wird. Im Grunde ist das der Vorgang des Rostens, bloß mit eingeschaltetem Turbo. Soweit ich weiß, sind neben Magnesiumpulver auch etwas Eisenpulver und Salz mit von der Partie. Das Salz verhindert, dass Alu + Wasser eine oxidationshemmende Schicht ausbilden können. Der Rest ist in jeder Hinsicht eine zündende Kombination, schließlich ergeben Aluminiumpulver + Eisenoxid (Rost) = Thermit, also etwas, das mit 2500-3000° C verbrennt. Und Magnesium + Wasser = Wasserstoff (Knallgas).

Wer sich ein FRH selbst bauen will, braucht also in erster Linie Magnesium. Nun benutzt man im Turn- und Bergsport ebenfalls Magnesiumpulver, doch dieses "Magnesia" ist Magnesiumoxid, ein Lebensmittelzusatzstoff (E 530), der beim Verbrennen von Magnesium übrig bleibt. Ein Oxid ist für unsere Zwecke ungeeignet, das hat ja bereits gebrannt (bzw. wurde oxidiert). Eine andere Magnesiumquelle ist echt ZEUK pur: Bleistiftanspitzer. Die, die aussehen, als wären sie aus Alu, sind meist aus purem Magnesium. Wer jetzt eine Schraubzwinge und eine Metallsäge oder -Feile hat, kann Magnesiumpulver erzeugen. Besser wäre natürlich, wenn man so ein Ding (besser: eine Handvoll) einfach in einen Mixer werfen könnte... Will it blend?? Ich schätze JA! :) Leider kostet Tom Dicksons "Extreme 20 AMP Blender" 1000$. Also am Besten, ihr kauft einen Beutel. Leider gibt's sowas aber meistens nur für Lehrer oder Institutionen. Zum Beispiel bei Carl Roth. Ein halbes Kilo kostet zZt. 27,85€. Magnesiumpulver verkaufen auch Metallpulver.org, Grimm Metallpulver, Omikron oder die Carl Schlenk Ag. Noch ein subversiver und nicht ungefährlicher Tipp am Rande: Diese Magnesium-Anspitzer BRENNEN! Man braucht nur einen sehr heißen Bunsenbrenner. Aber das ist nur etwas für Experten, da das Licht extrem hell, die Hitzeentwicklung enorm und der Brand unlöschbar ist...!
Links zum Thema:

• Alle nur erdenklichen Infos zu MREs
• Die gute Emmy probiert auch mal so ne Mahlzeit
• Hier versucht jemand aus einem MRE ein 5-Sterne Menü zu zaubern 
• Video, in dem man britische MREs ganz gut in Aktion sieht
• Die zivile, chinesische Variante (ich sag' mal: Tischfeuerwerk!)
• Unterschiedliche MREs werden hier vorgestellt
• Ein HeaterMeals Werbevideo
• Patent für einen Wasserstoff-unterdrückenden FRH (PDF)
• Webseite des US-Army NSRDEC ("Combat Feeding")
• Älteres Posting zum Thema Rost/en  
• Weiteres Posting zum Thema Selbsterhitzendes Essen

Selbsterhitzendes Essen I

Im Post "Hydrokollide" erwähnte ich bereits die faszinierenden Einsatzmöglichkeiten von Calciumchlorid. Eine davon ist "selbsterhitzende Nahrung". So greift der Amerikaner gerne mal zu Fertigkaffee, bei dem man einen Knopf am Becherboden eindrückt - nach einigen Minuten hat die Plörre dann eine Temperatur von ca. 60° Grad. Auch die Franzosen haben sowas am Start: Drinkpanic heißt die Marke (Nachtrag: Inzwischen sind die wohl Pleite...)

Im Make: Blog hat jemand ein Instant-Getränk der US-Firma OnTech auseinander genommen (Nachtrag: Auch diese Seite gibt es nicht mehr. Offenbar gab es Probleme mit explodierenden Kaffeebechern!). Es gibt auch einen erklärenden Video von der Firma selbst. Die Entwicklung des Produkts soll 24 Millionen verschlungen haben. Na, die Kohle ging dann wohl zum größten Teil ins Marketing. Denn soooo High-tech ist das wirklich nicht: Salz und Wasser befinden sich in zwei Kammern, die dann vom Konsumenten durch Druck auf eine Membran zusammengemischt werden. Es folgt eine exotherme Reaktion. Den Effekt kann man schon mit ganz normalem Waschsoda erzeugen, allerdings wird diese Lösung nur handwarm. Na, jedenfalls ist die Kochmethode seit 1354 (Dead Link) bekannt und nicht erst seit OnTech. Auf der Seite von Old & Interesting gibt’s dazu ein paar schöne Quellen. Und in diesem Buch wird das Kochen ohne Feuer (“A quire char saunz fu”) im Frankreich des Mittelalters beschrieben.


Was passiert da genau? Calciumchlorid + Wasser erzeugen eine "negative Lösungsenthalpie". Genausogut funktionieren übrigens Calciumoxid + Wasser (siehe Video). So oder so: Salze bestehen aus Kationen und Anionen. Da schlägt auch auf die Namensgebung durch: Erst kommt das Kat- dann Anion. Also Calcium = Kation, Chlorid = Anion. Ionen sind elektrisch geladenen Atome (die ja "normalerweise" aus gleich vielen  Elektronen (-) und Protonen (+) bestehen). Kationen haben weniger Elektronen als Protonen, sind daher positiv geladenen. Und sie heißen KATionen, weil positiv geladene Ionen während einer Elektrolyse immer zur negativ geladenen Kathode wandern. Bei Anionen ist es anders herum. Yo, das ist einer der Gründe weshalb ich Chemie hasste: Immer diese verwirrenden Umstände - Kationen sind positiv, eine Kathode aber negativ... Und es wird noch besser: Bei freiwillig ablaufenden Redoxreaktionen, wie beim Entladevorgang von Batterien, ist die Kathode die positive Elektrode. Bei einer durch angelegte Spannung erzwungenen Redoxreaktion, wie der Elektrolyse, ist die Kathode die negativ polarisierte Elektrode. Grrr...

Wird Salz in Wasser aufgelöst, verrichten die Wassermoleküle an dem Kristallgitter des Salzes "Lösungsarbeit". Wasser ist ein Dipol, es hat einen negativen Pol (O-Atom) und einen positiven Pol (die beiden H-Atome). Und die lagern sich nun an die Ionen des Salzgitters an. Das ist übrigens ein physikalischer Vorgang und kein chemischer. Die Ionen am Rande des Kristallgitters werden so von Wassermolekülen aus dem Gitter herausgelöst und von ihnen umhüllt. Wenn sich Wassermoleküle an Ionen anlagern, wird Energie freigesetzt ("Hydrationsenergie"). Ist die Hydrationsenergie größer als die Gitterenergie, die die Salzionen zusammenhält, tritt eine Erwärmung des Salz-Wasser-Gemischs ein, das Salz ist leicht löslich, die Gitterenergie wird in Form von Wärme freigesetzt.

Mancher Bauer fackelte so seinen Stall ab - ungelöschter Kalk (Calciumoxid) wird auch heute zur Desinfektion ausgebracht. Zusammen mit der Feuchtigkeit im Stroh und/oder dem Urin der Tiere erreicht man bis zu 180° Celsius - mehr als genug, um die Feuerwehr auf den Plan zu rufen.

Wenn man statt wasserfreiem Calciumchlorid jedoch Calciumchlorid-Hexahydrat nimmt (also Calziumchlorid mit Kristallwasser) kühlt die Lösung ab. Dieses Salz löst sich schlechter in Wasser, es wird mehr Energie benötigt, um das Kristallgitter zu knacken. Und diese Energie wird der Umgebung entzogen. Mehr zu diesem Thema gibt's im Posting "Kältemischungen".

Die Dame (Video down) Der Kamerad im Video benutzt Calciumoxid, CaO, auch Branntkalk genannt. Der entsteht, wenn man stinknormale Kreide auf mindestens 800° erhitzt. Das Kohlendioxid entweicht dabei. Mehr zurm Thema "Feuer-frei" gibt's im Posting Selbsterhitzendes Essen II (hey, das reimt sich!)

Hydrokolloide

Den Kram, den Steve Spangler (Egon Spengler wäre mir natürlich lieber gewesen) hier verwendet, kann man bei ihm als "Worm-Goo" und "Worm-Activator" kaufen. Das machen wir natürlich nicht, denn dieser hydrokolloide Effekt wird auch in der Molekularküche genutzt, um "Melonen-Kaviar" oä herzustellen!

Der "Worm-Activator" (die Flüssigkeit in der Schale), ist Calciumchlorid. Ein extrem vielseitiges Salz, das ganz natürlich in Salzsolen gewonnen werden kann - oder durch die Reaktion von Salzsäure mit Kalk (enthalten in Muscheln, Knochen und Kreide zB). Es hört auch auf den Namen E509 und ist somit ein zugelassener Lebensmittelzusatzstoff. In dieser Funktion dient es als Geschmacksverstärker, zur Trinkwasseraufbereitung, Oberflächenbehandlung von Obst oder Gerinnung von Eiweißen - zum Beispiel bei der Herstellung von Tofu oder eben künstlichem Kaviar (hier noch eine schöne Anleitung). Man kann aber auch den Keller damit trocken legen, denn die grobkörnige Variante des Salzes schlummert in den Tüten handelsüblicher Luftentfeuchter.  Es dient zudem als Frostschutzmittel, Streusalz oder Abbindebeschleuniger in Beton. Damit nicht genug: Die wasserfreie Variante wird zur Erwärmung von Instantgetränken genutzt, da es mit Wasser EXOtherm reagiert. Wasserhaltiges  Calciumchlorid (mit Kristallwasser) löst sich wiederum ENDOtherm in Wasser - ergibt also eine sog. Kältemischung (siehe diese Versuchsreihe zur Lösungsenthalpie).

Das "Worm-Goo" ist Alginat (oder Natriumalginat), das Salz der Alginsäure. Hergestellt wird es aus Braunalgen. Die Gewinnung durch "Trawler, die den Meeresboden abernten", bereitet mir allerdings Sorgen. Stichwort: "Beifang". Naja, jedenfalls macht mit dem daraus resultierenden Pulver der Zahnarzt seine Abdrücke, man kann es auch im Bastelbedarf als "Abformmasse" bekommen. In der Lebenmittelindustrie wird es unter der Bezeichnung E401 u.a. für die Herstellung von, igittigitt, Formfleisch (also als "Fleischkleber") genutzt. 500g kosten bei diesem Händler keine 8€ (keine Ahnung, ob das jetzt Lebensmittelqualität ist!)

Zum Thema noch ein paar Links:

• Ein eBook mit Hydrocolloid-Rezepten gibt es bei blog.khymos.org
• Bosfood hat alles zum Molekularen Kochen, auch Natrium-Alginat
• Mein Posting zum Thema Slime" & Co und Brennpaste (beides sind ebenfalls hydrokolloide Anwendungen!)
• (weitere folgen...)

Chromatografie

Mr. Rosengarten ist vom Typ her etwas anstrengend, aber trotzdem ein Posting wert. Denn ist Elektrophorese nicht auch so eine Art Chromatografie? Und ich steh doch gerade so auf Biohacking & Co. Natürlich gibt es auch eine deutsche Version. Dieses Verfahren dient der Auftrennung eines Gemisches durch die Verteilung seiner Einzelbestandteile zwischen einer stationären und einer mobilen Phase. Der russische Botaniker Michail Semjonowitsch Tswett beschrieb diese Möglichkeit als Erster im Jahre 1901. 1906 benutzte er dazu erstmals den Begriff „Chromatographie“. Er untersuchte gefärbte pflanzliche Extrakte  und konnte durch Chromatographie verschiedene Farbstoffe isolieren. Die Chromatografie wird in der organischen Chemie, der Biochemie, der Biotechnologie, der Mikrobiologie, der Lebensmittelchemie, der Umweltchemie und auch in der anorganischen Chemie angewendet. Zum Beispiel um...

• Substanzen zu isolieren oder zu reinigen (präparative Chromatographie)
• Stoffgemische in möglichst einheitliche Inhaltsstoffe zwecks Identifizierung oder mengenmäßiger Bestimmung aufzutrennen (chemischen Analytik)
• (Fortsetzung folgt)

Biohacking

Weil's in den anderen Postings langsam eng wird, hier noch ein Extraeintrag mit Links zum Thema Biohacking, DIY-Bio, Crowdsourced Science & Co:

• Zentrale Anlaufstelle: DIYBio.org
• Ein Wired-Artikel über Eri Gentry, "queen of the bio-curious"
• Und noch einmal Wired über Biohacking im Allgemeinen
• "Crowdsourced Science"-Text im Boston Globe
• Electronic Research.de fragt, ob bald Biowaffen im Hobbykeller entstehen 
• Beitrag in der New York Times über die beiden Teenager Kate Stoeckle und Louisa Strauss, die Gentests in Sushi Restaurants und Supermärkten durchführten. Mit dem Ergebnis, das 23% der Fischsorten falsch etikettiert waren. Da wurde aus mozambikanischen Tilapia (billig) ein Luxushäppchen mit Weißem Thunfisch (teuer). Fliegender Fisch war in Wirklichkeit Stint. Und sieben von neun "Red Snapper"-Proben waren kein Red Snapper, sondern alles Mögliche - von Kabeljau bis Stachelkopf (eine bedrohte Art)...
• Ein Biohacking-Artikel aus dem angesehenen Nature (PDF)
• Singularity Hub zeigt u.a. einem Comic zum Thema
• Auch lesenswert: Der Artikel in The Economist
• Ganz goile Bilder (s.o.) von Eshel Ben-Jacob: Bacteria-Art (gezüchtet)...
• ...und, dazu passend, Petrischalen-Kunst von Klari Reis (gemalt).
• Bei microbialart.com gibt es den Hybrid (erst gemalt und dann gezüchtet)
• Das Personal Genome Project (inkl. Dokumentation)
• Meine Postings zu den Themen DIY-Extraktion, -PCR und -Elektrophorese

(to be continued...)

Polymerase Kettenreaktion

Polymerase Kettenreaktion (PCR), Anyone? Der November hat wohl einen Biohacking-Schwerpunkt, so wie's aussieht! Nun denn: Auch diese etwas sperrig betitelte Methode zur Vervielfältigung von Erbsubstanz ist Gegenstand zentraler Bemühungen der "Crowdsourced Science"-Bewegung. 

Zur (bewegten) Geschichte: Die Idee zur PCR wurde Anfang der 1970er Jahre vom norwegischen Postdoc Kjell Kleppe im Labor des Nobelpreisträgers Har Gobind Khorana ersonnen - und gleich wieder vergessen. Schade eigentlich, denn so konnte Kary Mullis sie 1983 erneut erfinden und 1993 den Nobelpreis für Chemie einkassieren. Doch Mullis arbeitete für die kalifornische Biotech-Firma Cetus - der war das gerade mal eine Prämie von 10.000 US-Dollar wert. Später verkaufte Cetus die Rechte an der PCR-Methode inkl. einem Patent an die Firma Roche. Wir ahnen es alle: Für 300 Millionen Dollar. Während bei Cetus die Sektkorken knallten, musste Roche feststellen, dass das patentierte Enzym bereits 1980 von einem russischen Forscher beschrieben wurde. Folge: Jahrelanger Rechtsstreit, Entzug des Enzym-Patents und die US-Patente für die PCR-Technologie liefen im März 2005 ebenfalls aus. Autsch.

Kann uns wurscht sein, wir pfeifen auf Patente und legen mal direkt selbst los. Denn PCR ist keine Zauberei, sondern "a relatively simple and inexpensive tool that you can use to focus in on a segment of DNA and copy it billions of times over". Das sagen unsere alten Bekannten (siehe ältere DNS-Postings) von der Uni in Utah und zeigen das auch in ihrem PCR Virtual Lab. Wichtigste Hardware: Ein Thermocycler, ein sehr penibler DNS-Kocher. Wer 512 Dollar übrig hat, kann sowas bald als Bausatz bei den Jungs von OpenPCR  kaufen (wurde sogar der US-"Bioethics Commission" vorgestellt, siehe Ponoko-Blog), Standard-Laborgeräte kosten ca. 2700€.

1. Er erhitzt die Ursuppe aus DNS-Fragment, Primer und Enzym (Polymerase) zunächst auf 95° - die Wasserstoffbrücken zwischen den Basenpaaren werden gekappt, aus einer Doppelhelix werden zwei einzelne Stränge ("Matrizen"). 
2. Dann kühlt er auf 50° ab: Die DNS-Stränge wollen sich jetzt wieder vereinigen, aber die "Primer" sind schneller (und zahlreicher), lagern sich an die DNS an und bestimmen Anfang und Ende des zu kopierenden Strangs. Primer sind Oligomere (die etwas schlichten, aber herzensguten Verwandten der Polymere), Molekülketten, die nur aus wenigen Nukleotiden bestehen. Primer werden für jede Matrize speziell  zusammengestellt - das geht dank Primerfox sogar online. Kaufen kann man sowas hier. 
3. Schließlich erhöht er die Temperatur auf 72°, damit das Enzym (z.B. "Taq" Polymerase, gewonnen aus einer Bakterie, die in Geysiren lebt: "Thermus aquaticus" = Taq) den eigentlichen Kopiervorgang dank "komplementärer Basenpaarung" (in der DNA interagieren aufgrund ihrer chemischen Struktur immer Adenin & Thymin sowie Cytosin & Guanin) durchführen kann. Taq könnten wir natürlich bei Roche kaufen *kicher*

Und wozu das Ganze? PCR ist ua unverzichtbar, um winzigste Proben genetisch untersuchen zu können. Stichwort "Genetischer Fingerabdruck". Es reicht also eine angesabberte Lord Extra, um einen Vaterschaftstest durchzuführen. Jetzt wissen wir auch, wie RTL2 es immer schafft, dass Pappi aus allen Wolken fällt...

Elektrophorese

Mark Zuckerberg hat sowas bestimmt neben seinem Bett stehen. Aber natürlich können auch wir, der Urnenpöbel, Moleküle voneinander trennen. Dauert halt nur länger und ist ne unheimliche Frickelei. Macht aber viel mehr Spaß. Am Ende haben wir dann so einen schicken Barcode von einem Teil unseres (?) Erbgutes, den wir dann idealerweise noch zum fluoreszieren bringen, um ihn dann abzufotografieren und an die zu Wand hängen.

Yup, das gibts natürlich zu kaufen: Bei dna11 zum Beispiel. Als "Geschenkidee für jemanden, der bereits alles besitzt!" Da fühle ich mich mal so gar nicht angesprochen, also bleiben die 161-859€, die dna11 haben will, in der eigenen Kriegskasse. Und statt dessen geht's zum Asiaten, um Agar-Agar zu kaufen. Dann noch ein paar 9V-Blockbatterien (oder ein altes Handynetzteil), 'ne Tupperbox und etwas Pufferlösung. Schon kann es losgehen mit der "Autogelelektrophorese". Crowdsourced Science a-gogo!

Die University of Utah erklärt die Basics ganz vorzüglich, eine DIY-Gelbox wird hier beschrieben und "The Science Creative Quaterly" zeigen ausführlich, wie man DNS extrahiert und die anschließende Elektrophorese (EP) durchführt - natürlich alles ohne Laborequipment. Biohackerin Meredith L. Patterson hat einen ganz erfrischenden Ansatz: Sie benutzt für die Erzeugung der kleinen lustigen Gen-Barcodes ganz normale Trinkhalme und nennt das ganze "Keiki Gels".

Idee: Da Agar die vegane Version von Gelantine ist - könnte man nicht eine EP-Torte basteln? Also mit der eigenen DNS als Dekoration?! :)

Hier noch ein paar Links zum Thema:

• Mein altes Posting zum Thema DNS-Extraktion.
• Barbara Kerkove nutzt ihre Mittagspausen im "Northern Michigan University Biology Lab" offensichtlich, um Elektrophorese-"Kunst" zu produzieren.
• In diesem Video wird der Vorgang der EP in einer Minute (!) bestens erklärt.
• Dieses PDF von der Uni Graz illustriert die EP ebenfalls sehr schön
• Und hier redet uns ein ein US-Laborflittchen (in höchsten Tönen) die menschliche DNS schlecht ("Windows XP is twice as large as the human genome")!

Stärke

Magnetische Flüssigkeiten hatte ich ja schon am Wickel, doch man kann mit viel weniger Aufwand ähnlich faszinierende Skulpturen produzieren. Das Stichwort lautet "Oobleck" (nach einer Dr. Seuss Kindergeschichte) oder "nichtnewtonsches Fluid" (für Angeber). Diese Stoffe sind im Grunde flüssig, ändern ihre Viskosität aber unter Druck und Bewegung. Sie sind "anomalviskos". Heißt: Man kann sie in einen Pool kippen, dann aber darauf laufen. Selbstverständlich gibt es Menschen, die sowas gleich ausprobieren. Bei solchen Sauereien immer ganz vorne mit dabei: Die Mythbusters (3.40: "Oh Dude, that feels so wrong"... Haha!) Das Rezept ist simpel: 1 Teil Wasser auf 1,5 bis 2 Teile Stärke. Das war's! Etwas Lebensmittelfarbe kann natürlich nie schaden. Wie im Video gut zu sehen, reicht etwas Schalldruck aus, um die Flüssigkeit temporär zu verfestigen.

Aus Stärke lässt sich auch eine Modelliermasse herstellen: 1 Tasse Salz  in 2 Tassen Wasser auflösen, dann erhitzen, und 1 Tasse Stärke hinzufügen. Eine genauere Beschreibung bietet dieses Instructable.

Etwas komplizierter ist die Produktion des klassischen "Slime": Hier gibt es diverse Rezepte, die wohl alle ihre Vor- und Nachteile haben. Eine Version nutzt ebenfalls Stärke: 1 Teil Wäschestärke (flüssig) + 1 Teil Wasser + 1 Teil "Elmers Glue". Letzteren kann man hierzulande nicht kaufen, ich denke aber, dass ein Kleber auf Polyvinylalkohol- bzw. Polyvinylacetat-Basis gemeint ist. Also sogenannter "Weißleim", wie es ihn in jedem Baumarkt gibt. Auch UHU besteht zu 40% aus PVA. Hier der passende Video.

Ein anderes Rezept benutzt Borax (ein Antioxidationsmittel, das bereits in der Antike für Glasuren und in Ägypten zum Einbalsamieren benutzt wurde) zur "Verschleimung". Also wird wieder Wasser mit Holzleim vermischt und parallel dazu Wasser mit ca. 1/2 Teelöffel Borax (je mehr, desto fester wird die Masse). In manchen Rezepten wird destilliertes Wasser empfohlen, in anderen soll der Kleber/Leim mit dem Wasser erwärmt werden. Und die Mengenangaben sind so unterschiedlich wie das Endergebniss ekelig (PopSci Video, Mini-Maker Sylvia). Da hilft nur ausprobieren. Richtig interessant wird es durch die Zugabe von etwas Waschmittel mit optischen Aufhellern: Das erzeugt einen beeindruckenden Leuchteffekt!

Auch Moon- oder Magic-Sand kann mit Stärke hergestellt werden. Normalerweise ist das bunter Kram, der sich anfühlt wie nasser Sand und sich ebenso leicht formen lässt. Doch Magic-Sand trocknet nicht aus und ist auch nicht nass. Das Original enthält, glaube ich, etwas Ton. Aber mit einer Stärke/Sand-Mischung (2 Teile Sand auf 1 Teil Stärke + etwas Wasser) hat man den gleichen Effekt (engl. Anleitung). Die schwedische Firma Delta hat noch zwei weitere Sandprodukte im Angebot, "Deltasand" (haltbarer) und "Blubber" (besonders leicht). Da bin ich aber noch am recherchieren...

Zum Schluss noch ein Spielzeug mit gaaaanz viel Haptik: Die "Stressbälle" zum Kneten kann man leicht selbst basteln. Einfach den Kopf einer PET-Flasche abschneiden, über den Verschluß einen Luftballon ziehen und diesen dann über den PET-Flaschen-Trichter mit (Stärke-)Mehl füllen, bis ein kleiner Ball entstanden ist. Zuknoten, fertig (Video)!

Biokunststoffe

Bioplastik kann man ganz einfach selbst machen, zB aus Milch (Casein) oder Kartoffeln (Stärke). Das erwähnte ich bereits in diesem Posting und am Ende dieses Postings in Verbindung mit Rapid Prototyping. Eine neue Mischung gibt es hier, angerührt im Workshop "How are Social Media changing Design?" während der "Social Media Week" in Berlin (4. Februar 2010): 7 Teile Wasser, 1 Teil Essig, 1/2 Teil Glycerin und anderthalb Teile Stärke zusammen erhitzen und dabei verrühren. Fertig!

DIY Brennpaste

Seit einigen Jahren kann dank rauchfreier Kamine auch in Sozialwohnungen endlich Landhausatmo aufkommen. Die dafür notwendige Brennpaste gibt's eigentlich schon seit 1900, als STERNO patentiert wurde. Und das jedem Soldaten bekannte ESBIT (Erich Schumms Brennstoff in Tablettenform) existiert seit 1932. Nun hat sich halt ein Marketing-Fuzzi das passende Lifestyle-Produkt drumrum ausgedacht. Putzig ist auch dieser "Dosenkamin" (24 Pack Fire Glo Gel Fuel | SkyMall), obwohl ich damit eher Rap-Videos der 80er Jahre assoziiere):

So oder so - das Prinzip ist leicht nachvollziehbar: Die Brennpaste besteht zum großen Teil aus Ethanol, was Alkohol ist, welcher nun Mal rauchfrei verbrennt (Stichwort: Feuerzangenbowle). Und deshalb ist auch ein Kaminchen für den Schreibtisch schnell selbst gebastelt: Aus 6 g Calciumacetat (Ca(H₃CCOO)_2, das Calciumsalz der Essigsäure) und 20 ml Wasser eine gesättigte Lösung anrühren, anschließend recht zügig 100 ml Brennspiritus (ja, das ist auch nichts anderes als Alkohol) zugeben. Sofort kristallisiert das Calciumacetat wieder (seine Löslichkeit ist im Wasser/Alkohol-Gemisch niedriger als in reinem Wasser) und es bildet sich ein brennbares Gel. Hier gibts ein paar Bilder und weitere Infos. Ein naher Verwandter der Brennpaste ist übrigens das Gel in den Taschenwärmern.
Auch die Herstellung von Calciumacetat ist keine Zauberei. Dazu einfach Eierschalen in Essig auflösen (theoretisch). Oder dieses Rezept verwenden:. Kalk (= Calciumcarbonat) + Essigessenz (aus dem Supermarkt) = Calciumacetat. Dann kommt wieder Spiritus dazu.