Rost(lack)

Steampunk-Look fürs Auto, direkt aus der Dose - dank Rostlack ein Kinderspiel. Es handelt sich nicht um Farbe die wie Rost aussieht, sondern um eine Mischung die tatsächlich rostet. Außerdem kann man damit nahezu ALLEM einen Rostlook verpassen, also auch Keramik, Glas, Holz, Kunststoff. Wer nicht so Bock hat, 130€ pro kg auszugeben und nur mit Eisenteilen arbeitet, kann einfach den natürlichen Prozess beschleunigen: Abschleifen (noch besser: Sandstrahlen, das vergrößert die Oberfläche des Werkstücks), entfetten (mit Essigessenz zum Beispiel) und Salzwasser auftragen. Nach wenigen Stunden bildet sich Flugrost, der dann nur noch unter einer Klacklack-Schicht luftdicht konserviert werden muss, damit die Oxidation zum Stillstand kommt (je Sauerstoff, desto Rost!)

Galvanoplastik

Mit zuckenden Froschschenkeln begann es, unser Stromzeitalter. Kaum hatte der italienische Anatom Luigi Galvani 1780 dieses Phänomen – und damit die Galvanische Zelle – zufällig entdeckt, folgten die ersten Anwendungen: Alessandro Volta baute 1800 darauf aufbauend mit der Voltaschen Säule die erste Batterie. Damit führten der englische Chemiker William Nicholson und der deutsche Johann Wilhelm Ritter im gleichen Jahr die ersten Elektrolysen durch (Trennung von Wasser in Wasser- und Sauerstoff) und fünf Jahre später benutzte sie Luigi Brugnatelli für die erste Galvanisierung.

1837 erfand dann Moritz Hermann von Jacobi die Galvanoplastik und damit eine Möglichkeit zur Massenproduktion von Büsten und Plastiken. Galvanoplastiken werden nicht gegossen, sondern durch Metallablagerungen per Elektrolyse langsam aufgebaut. Wegen der daraus resultierenden geringen Wandstärken sind sie viel günstiger zu produzieren, vergleichsweise leicht, aber dennoch stabil. Außerdem lassen sich so extrem detaillierte Repliken anfertigen – weshalb diese Technik auch heute noch für die Arbeit von Archäologen und Museen unverzichtbar ist (siehe Video).

Hier ein Arbeitsheft der Landesämter für Denkmalpflege (PDF) mit umfassenden Informationen (175 Seiten!) zum Thema Galvanoplastik.

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!

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

Elektrolumineszenz

Unsere hochverehrte Jeri Ellsworth (C64 DTV) zeigt hier recht anschaulich, wie man einen "EL Wire" herstellt. Elektrolumineszenz hab ich auch in diesem Posting (und in diesem) mal erwähnt, dass das aber SO einfach herzustellen ist, hätte ich nicht gedacht. Wenn ich es richtig verstanden habe, braucht man nur etwas Kupferlackdraht, normalen Draht und Phosphor. Letzteres dürfte das Problem sein - zumindest weißer Phosphor ist hochgiftig (50mg töten einen Menschen innerhalb von 5- 10 Tagen). Roter ist weniger gefährlich, wird aber auch nur an Forschungseinrichtungen etc. geliefert (z.B. von Omikron, danke Axel!). Jeri kaufte übrigens  hier ein.

Als echter ZEUKster will man nun natürlich wissen, was Phosphor überhaupt ist und wie man ihn evnt. selbst produziert. Auch Phosphor ist keine moderne Errungenschaft, sondern wurde bereits 1669 von dem Hamburger Apotheker Hennig Brand entdeckt. Der war nebenbei als Alchemist unterwegs und in dieser Funktion auf der Suche nach dem „Stein der Weisen“. Eigentlich sollen so unedle Metallen in edle verwandelt werden. Doch Brand war der Meinung, dass schon im Urin Gold enthalten sei und dampfte daher tausende (!) Liter ein. Die Rückstände reduzierte* er anschließend unter Luftabschluss mit Kohle ( und erzeugte so (unwissentlich) aus dem Phosphat des Urins weißen Phosphor. Dieser ist chemolumineszent (NICHT phosphoreszent**) - leuchtet also im Dunkeln. Brand hatte kein Gold erzeugt, sondern das erste Knicklicht! In diesem Forum will jemand dieses Verfahren nachstellen - inkl. einiger interessanter Tipps: "Nimm Knochenmehl (als Düngemittel im Pflanzenfachhandel erhältlich) und calcinier das (glühen bis der Kolben platzt) mit Holzkohle. Resultat ebenfalls weisser Phosphor".

* Redoxreaktion: Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab, reduziert dadurch andere Stoffe (und wird selbst dabei oxidiert). In diesem Falle heißt das: Die Urin-Rückstände (UR) nehmen Elektronen der Kohle auf = UR werden reduziert = UR sind das Oxidationsmittel der Kohle. Die Kohle gibt Elektronen ab = sie wird oxidiert = Kohle ist das Reduktionsmittel für die UR.
Ein Oxidationsmittel wird reduziert, nicht oxidiert? Und reduzieren bedeutet, dass ein Stoff Elektronen aufnimmt, statt abgibt? Kein Wunder, dass Schule keinen Spaß macht...

** Phosphoreszenz ist zwar nach dem Element Phosphor (griechisch "lichttragend") benannt. Die Ursache des Leuchtens von Phosphor ist allerdings die chemische Reaktion mit Sauerstoff, weshalb man von Chemolumineszenz spricht. Phosphoreszenz basiert hingegen auf einem physikalischen Effekt. Phosphoreszierende Materialien können jedoch auch aus Phosphor hergestellt werden.