Chemie

Wanted! Mit einer Blaulicht-Reaktion auf der Jagd nach freien Radikalen

Wanted! Mit einer Blaulicht-Reaktion auf der Jagd nach freien Radikalen

Tee, Kaffee, Rotwein und Obst enthalten Antioxidantien, die Körperzellen vor Schäden bewahren. Die jeweilige Menge ist von vielen Faktoren abhängig, wie Elisabeth Fischermann und Tom Kreßbach anhand der Auswertung zahlreicher Proben zeigten. Sie nutzten eine oszillierende Reaktion, bei der die Schnelligkeit des Farbwechsels anzeigt, wie viel Antioxidantien enthalten sind. Das Ergebnis: Obst birgt bis zu 90 Prozent der Wirkstoffe in seiner Schale, besonders viele stecken in Limette und Granatapfel. Beim Tee kommt es darauf an, dass er mindestens fünf Minuten zieht. Offene und teure Tees haben mehr Antioxidantien als Beuteltees und deutlich mehr als Kaffee. Bei Weinen ist der Gehalt der Stoffe besonders hoch, wenn sie im Eichenfass reifen und die Maische mitsamt Saft und Fruchtteilen vergärt wird.

Untersuchung der Schwermetallbelastung nach der Flut im Ahrtal

Untersuchung der Schwermetallbelastung nach der Flut im Ahrtal

Im Juli 2021 überschwemmte die Flut im Ahrtal Lager für kupferhaltige Pflanzenschutzmittel aus dem Weinbau. Dadurch stiegen die Belastungen mit dem Schwermetall in der Region deutlich an. Heute, drei Jahre später, geben Benedikt Lamberty und Anna Katharina Hinson Entwarnung. Die Kupfergehalte in den Böden am Ahrlauf und in den Weinbergen sind wieder unbedenklich; der Anbau von Wein oder Obst und Gemüse in Privatgärten ist gefahrenfrei möglich. Für diesen Befund analysierten die Jungforschenden Bodenproben aus Weinbergen und vom Ahrufer. Ferner untersuchten sie den Zusammenhang zwischen der Kupferkonzentration im Boden und dem Wachstum von Radieschen. Ihre Ergebnisse lassen vermuten, dass ein hoher Kupferanteil wachstumshemmend wirkt, geringe Mengen aber förderlich sein können.

Vanillinderivate als Wasserstoffspeicher

Vanillinderivate als Wasserstoffspeicher

Die Speicherung und der Transport von Wasserstoff können auf verschiedenen Wegen erfolgen. Eine Option sind sogenannte Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC). Das sind Flüssigkeiten, die Wasserstoff binden und später wieder abgeben können. Auf diese Weise kann Wasserstoff zum Beispiel in bestehenden Pipelines transportiert werden. Jonas Arndt untersuchte bei verschiedenen Vanillinderivaten, ob sie sich als LOHC eignen. Er ging dabei theoretisch vor und berechnete für die unterschiedlichen Stoffe die thermodynamischen Vorgänge bei Wasserstoffaufnahme und -abgabe. Diese hängen auch von der Molekülgeometrie ab. Einige der berechneten Werte deuteten auf die Eignung der Stoffe als LOHC hin, so das Fazit des Jungforschers. Weitere Analysen könnten sich daher lohnen.

Synthese von grafitischem Kohlenstoffnitrid mit Mikrowellenplasma für CO2-Reduktion

Synthese von grafitischem Kohlenstoffnitrid mit Mikrowellenplasma für CO2-Reduktion

Grafitisches Kohlenstoffnitrid kann als Katalysator genutzt werden, um mithilfe von Sonnenlicht aus atmosphärischem CO2 Kohlenwasserstoffe zu synthetisieren. Henrik Fuchs und Fabian Bockholt entwickelten eine effiziente Methode zur Herstellung des Kohlenstoffnitrids. Sie bauten eine Mikrowellenantenne und bestrahlten damit ihre Ausgangsmaterialien Melamin und Calciumcarbonat. Anschließend konnten sie per Infrarot-Spektroskopie zeigen, dass tatsächlich der begehrte Katalysator entstanden war. Die Jungforscher befüllten daraufhin einen Erlenmeyerkolben mit Wasser und dem selbst hergestellten Stoff. Diese Mischung setzten sie unter einer CO2-Atmosphäre der Sonne aus. Nach drei Tagen konnten sie Kohlenwasserstoffe, vermutlich Ethanol, nachweisen. Es war ihnen also gelungen, CO2 zu binden.

Neue Substanzen für die „Zwei-Farben-Chemolumineszenz“

Neue Substanzen für die „Zwei-Farben-Chemolumineszenz“

Die sogenannte Trautz-Schorigin-Reaktion macht jede Chemiestunde zur Show, weil sie Chemikalien rot und blau leuchten lässt. Allerdings braucht diese Reaktion giftiges Formaldehyd, das seit 2023 im Schulunterricht verboten ist. Niklas Volodin ging auf die Suche nach einem Ersatzstoff. Er experimentierte mit verschiedenen unbedenklichen Substanzen und stellte fest, dass eine ungiftige Variante gar nicht so einfach zu finden ist. Die besten Ergebnisse erhielt er mit einer Mischung aus dem ungiftigen organischen Lösemittel Dimethylsulfoxid, Gallussäure und Iod. Die Stoffe bilden in der Reaktionslösung über mehrere Schritte zwar auch das für die Leuchtreaktion notwendige Formaldehyd. Es entsteht allerdings nur als Zwischenstufe, reagiert chemisch sofort weiter und stellt daher keine Gefahr mehr dar.

Nelkenduft aus Teer?

Nelkenduft aus Teer?

Bei der Herstellung von Holzkohle entsteht als Abfallprodukt brauner, klebriger Holzteer. Das aufdringlich riechende Stoffgemisch enthält relativ große Mengen Guajacol. Diese Substanz ist ein wertvolles Zwischenprodukt bei der Synthese von Vanillin und anderen Aromastoffen. Ben Eumann hatte die Idee, eine kostengünstige chemische Methode zu finden, mit der sich dieser wertvolle Stoff aus dem minderwertigen Holzteer extrahieren lässt. Er testete dafür verschiedene Nachweis- und Isolationsverfahren und leistete so eine wertvolle Grundlagenarbeit, um besonders Buchenholzteer künftig als Guajacolquelle für die Herstellung von Duftstoffen nutzen zu können. Inwieweit sich daraus ein wirtschaftlich sinnvolles Herstellungsverfahren ableiten lässt, müssen weitere Untersuchungen zeigen.

Mpæmba – Unterkühlung mit Gedächtnis?

Mpæmba – Unterkühlung mit Gedächtnis?

Der sogenannte Mpemba-Effekt besagt, dass heißes Wasser schneller gefriert als kaltes. Um diesem Rätsel auf den Grund zu gehen, untersuchten Nicholas Dahlke und Anna Perkovic die Kristallisation von heißem und von kaltem Wasser mithilfe einer selbst konstruierten Apparatur. Herzstück ist ein sehr dünner Schlauch, durch den synthetisches Öl und hochreines Wasser gepumpt wurden. Im Öl entstanden winzige Wassertröpfchen, die schlagartig auf minus 33 Grad Celsius abgekühlt wurden. Die Jungforschenden beobachteten, dass die unterschiedlichen Wassertemperaturen zu unterschiedlichen Nukleationsraten führen, also der Menge an Kristallisationskeimen, die gebildet werden. Mit ihren Versuchen konnten sie den Mpemba-Effekt nachvollziehen und präzise messen, das Rätsel des Effekts bleibt aber offen.

Ionische Flüssigkeiten in Gelen – Einfluss auf die Thermostabilität?

Ionische Flüssigkeiten in Gelen – Einfluss auf die Thermostabilität?

Organische Fluoreszenzfarbstoffe sind kaum löslich, hitzeempfindlich und daher schwer zu verarbeiten. Undine Herzschuh kam auf die Idee, die Partikel von zwei neuartigen Farbstoffen in ein Kunststoffgel einzubetten. Die Gele bestehen neben Farbstoff und Trägersubstanz aus ionischen Flüssigkeiten. Daraus stellte sie 60 verschiedene Folien her und analysierte sie spektroskopisch. Mit einer thermogravimetrischen Analyse prüfte die Jungforscherin die Stabilität der Leuchtfolien bei hohen Temperaturen. Weil die ionischen Flüssigkeiten als eine Art Hitzeschild dienen, halten die eingebetteten Farbstoffe hohen Temperaturen von über 200 Grad Celsius stand. Da die Folien zudem elektrisch leitfähig sind, könnten sie künftig als elektronische Bauteile in Lasern oder organischen LEDs eingesetzt werden.

Ester, Säure oder Amin? Auswertung von IR-Spektren durch künstliche Intelligenz

Ester, Säure oder Amin? Auswertung von IR-Spektren durch künstliche Intelligenz

Organische Moleküle reagieren unterschiedlich auf Infrarot-(IR-)Strahlung und hinterlassen bei der Analyse ein spezifisches Signal in einem IR-Spektrum. Dieses Phänomen machten sich Albert-V. Meyer, Joshua Schraud und Paula Kaltwasser zunutze, um mithilfe künstlicher neuronaler Netze chemische Strukturen von unbekannten Molekülen zu errechnen. Sie programmierten mehrere neuronale Netze und trainierten sie mit über 50 vereinfachten und öffentlich zugänglichen IR-Spektren. Die Trefferquote war hoch: Die Genauigkeit der programmierten Modelle erreichte bis zu 89 Prozent. Die Jungforschenden sind überzeugt, dass die Modelle noch besser werden, wenn sie das Training intensivieren und ihnen beibringen, unbekannte Spektren nicht am Datensatz, sondern nur an deren Abbild zu erkennen.

Die CAZ: Direct Air Capture leicht gemacht

Die CAZ: Direct Air Capture leicht gemacht

Die Rückholung bereits emittierter Mengen CO2 aus der Atmosphäre, das sogenannte Direct Air Capture, kann einen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Jarne Seibt und Arne Koenen entwickelten und bauten den Prototypen einer CO2-Absorptionszelle (CAZ), die der Umgebungsluft das Treibhausgas entzieht. In dem Gerät strömt die Luft durch einen Schwamm, der mit Monoethanolamin getränkt ist. Die Chemikalie absorbiert das Gas bis zur Sättigung. Anschließend wird das CO2 bei 85 Grad Celsius wieder ausgetrieben und liegt dann in konzentrierter Form vor. Ein Mikrocontroller steuert den Prozess. Die Jungforscher hoffen, dass das Gas anschließend genutzt wird, etwa um synthetische Kraftstoffe zu erzeugen. So könnte ein Kohlenstoffkreislauf entstehen, der hilft, die CO2-Belastung der Atmosphäre zu verringern.

Casein – technische Anwendungen

Casein – technische Anwendungen

Das Eiweiß Casein in Kuhmilch, Käse und Quark ist ein wichtiges Nahrungsmittel. Noah Baiersdorf war überzeugt, dass sich das Protein als erneuerbarer Rohstoff auch technisch nutzen lässt. Er extrahierte Casein aus verdorbener Milch und wandelte es mit Säure und Lauge in verschiedene chemische Varianten um. Vielversprechend war besonders das Natriumcaseinat: Gemischt mit Grafit entstand ein Material, mit dem man wie mit einem herkömmlichen Bleistift schreiben kann. Eine Dispersion aus Caseinat lässt sich auch spritzgießen. Im 3-D-Drucker erstellte der Jungforscher eine einfache Bauform und spritzte sie aus. Nach Abkühlung und Aushärtung entstand ein festes Bauteil. Nach diesem Vorbild könnte künftig Einwegbesteck und Einweggeschirr aus Milcheiweiß hergestellt werden und so Plastik ersetzen.

Asphalt, aber umweltfreundlich!

Asphalt, aber umweltfreundlich!

Bitumen für Straßenasphalt wird aus Erdöl hergestellt. Lovis Eichhorn, Jaan Matti Seemann und Till Tatka gingen auf die Suche nach einem umweltfreundlichen Bitumenersatz. Sie experimentierten mit unterschiedlichen Gemischen aus Asche, Sand, Ölen und Oxidationsmitteln. Darüber hinaus testeten sie mehrere Verfahren zur Erhitzung und Aushärtung der Proben, die die Jungforscher mikroskopisch und spektroskopisch untersuchten. Die besten Ergebnisse erzielte eine Rezeptur aus Sonnenblumenöl, Sand und Salpetersäure als Oxidationsmittel. Die Säure sorgt für die Polymerisation des Öls und macht das alternative Bitumen hart und stabil, der Sand dient als Füllstoff und verleiht dem Material dank seiner rauen Oberfläche und unterschiedlichen Körnung ausreichend große Belastbarkeit.

Aluminium als Antitranspirant – Ist es das Risiko wert?

Aluminium als Antitranspirant – Ist es das Risiko wert?

Aluminiumsalze im Deo gelten zwar als gesundheitsgefährdend, lassen sich aber nur schwer ersetzen. Zu diesem Ergebnis kamen Nike Remde und Maike Zöllner. Sie verglichen vier handelsübliche Deos und Lösungen verschiedener Salze auf deren schweißhemmende Wirkung hin. Dafür imitierten sie die menschliche Achselhöhle, indem sie Filterpapiere mit Eiklar beschichteten und sie in unterschiedliche Testlösungen tauchten. Verklumpten die Proteine im Eiklar, verstopften sie die Poren des Filters und Wasser konnte nur noch langsam hindurchströmen – der „Schweißfluss“ war somit gehemmt. Im Vergleich mit Magnesium-, Zink- und Eisensalzen zeigte Aluminium die weitaus besten Resultate. Zwar verklumpen auch Zink und Eisen die Proteine, sie wirken allerdings nur in saurer Lösung und sind für den Hautkontakt ungeeignet.

Untersuchung der Eigenschaften von PET während des Recyclingprozesses

Untersuchung der Eigenschaften von PET während des Recyclingprozesses

Manuel Paul, Luisa Fechner und Greta Diederich fiel auf, dass in neuen PET-Flaschen nur wenig Rezyklat – also aus Kunststoff recycelte Rohstoffe – enthalten ist. Auf der Suche nach dem Grund imitierten sie den industriellen Recyclingprozess. Sie zerkleinerten alte PET-Flaschen mit Schere und Schneidmühle und verarbeiteten sie unter Hitze zu kleinen Prüfkörpern. Messungen zeigten, dass ihr Rezyklat ähnlich dehnbar und fließfähig ist wie Standard-Rezyklat der Industrie – sich die mechanische Qualität also nicht maßgeblich verringerte. Daraus schließen die Jungforschenden, dass es andere Gründe für den geringen Rezyklatanteil in den Flaschen geben muss. Beispielsweise die Kosten von neuem PET, die nicht wesentlich höher sind als die von Recyclingmaterial.

Bio-Power: Entwicklung einer biochemischen Redox-Flow-Batterie

Bio-Power: Entwicklung einer biochemischen Redox-Flow-Batterie

Redox-Flow-Batterien sind leistungsfähige Stromspeicher und eignen sich in Zeiten des Klimawandels gut als Reservoir für Strom aus Windrädern und Solaranlagen. Um eine möglichst hohe Energiedichte zu erreichen, werden jedoch zumeist giftige anorganische Vanadiumsalze genutzt. Julia Trapp und Alexander Christian Trapp setzten sich das Ziel, eine umweltfreundliche Redox-Flow-Batterie zu bauen. Dafür entwickelten sie eine Batteriezelle vergleichbarer Bauart, in der Hefe und Methylenblau eingesetzt werden. Deren Zellspannung erreichte gut 0,6 Volt, die Ladekapazität lag bei rund 2,6 Amperestunden pro Liter Methylenblau-Lösung. Aber das ist nur ein Anfang: Die Jungforschenden denken darüber nach, künftig Abfallstoffe aus der Lebensmittelindustrie in einem ähnlich aufgebauten Stromspeicher einzusetzen.

Die kontrollierte Freisetzung von Stoffen aus Cyclodextrinen

Die kontrollierte Freisetzung von Stoffen aus Cyclodextrinen

Cyclodextrine sind ringförmige Moleküle, die in ihrem Inneren ein Gastmolekül einschließen können. Mit solchen Ringmolekülen lassen sich beispielsweise Medikamente im Körper transportieren. Charlotte Rösler und Caroline Eiben wollten herausfinden, welchen Einfluss Temperatur, Säure und Strahlung auf das Herauslösen eines eingeschlossenen Stoffs haben. Sie koppelten Cyclodextrin mit einem Farbstoff und untersuchten die Freisetzung des Farbstoffs mit einem Fotometer. Ihre Messreihen zeigen, dass sich das Gastmolekül bei höheren Temperaturen leichter aus dem Ring löst. Darüber hinaus widersteht Cyclodextrin der Magensäure. Da die meisten Medikamente nicht im Magen, sondern erst im Dünndarm absorbiert werden sollen, sind Cyclodextrine demnach geeignete Träger, schlussfolgern die Jungforscherinnen.

Direktreduktion von Eisenerzen mit Wasserstoff – neue Möglichkeiten durch alte Rohstoffe

Direktreduktion von Eisenerzen mit Wasserstoff – neue Möglichkeiten durch alte Rohstoffe

Will man aus Eisenerz Roheisen gewinnen, muss man den Erzmineralen den gebundenen Sauerstoff entziehen – man „reduziert“ also das Eisenoxid. Das geschieht im Hochofen zumeist mit Koks, dessen Abbrand Kohlenmonoxid erzeugt, das wiederum mit dem Sauerstoff aus dem Eisenerz zu Kohlendioxid reagiert. Da Kohlendioxid ein Treibhausgas ist, experimentierte Helena Patricia Dell alternativ mit Wasserstoff. Bei dieser Reaktion bleibt nur Wasser übrig. Die Jungforscherin wählte für ihre Laborversuche drei verschiedene Erze: einen regionalen Brauneisenstein, kanadisches Eisenerz sowie Toneisensteine aus ihrer Heimat, sogenannte Lebacher Eier. Dabei zeigte sich, dass die Reduktion mit Wasserstoff sowohl beim kanadischen Erz als auch beim inneren Teil der Lebacher Eier eine durchaus taugliche Alternative ist.

Analyse der Hydrierung von Kohlenstoffdioxid an einem Mischkatalysator

Analyse der Hydrierung von Kohlenstoffdioxid an einem Mischkatalysator

Mit der Fischer-Tropsch-Synthese können Diesel und Kerosin aus Rohstoffen hergestellt werden, die nicht auf Erdöl basieren. Die Kraftstoffe sind damit klimafreundlicher. Allerdings benötigt das Verfahren hochwirksame Metallkatalysatoren. Robin Winkelhage wollte wissen, ob mit einem selbst entwickelten, preisgünstigen Eisenkatalysator die Ausbeute der Synthese steigt. Er bestreute handelsübliche, feine Stahlwolle mit Eisenoxid-Pulver. Das Oxid kann unerwünschte Nebenprodukte der Reaktion für die Kraftstoffgewinnung nutzbar machen, so seine Hypothese. Tatsächlich konnte der Jungforscher zeigen, dass das Eisenoxid im Katalysator diese Wirkung hat. Allerdings wird es bei den hohen Temperaturen, die das Verfahren benötigt, schnell inaktiv. Das Eisenoxid müsste daher durch stabilere Metalle ersetzt werden.

Lederalternative aus Abfall

Lederalternative aus Abfall

Für Leder müssen keine Tiere sterben. Davon ist Felix Möller überzeugt. Er experimentierte mit verschiedenen Rezepturen aus Kartoffelstärke, Glyzerin und Apfelpektin, einem Abfallprodukt der Saftherstellung. Daraus entstand ein lederähnliches, festes und zugleich weiches Material. Es ist umweltschonend in der Herstellung und nach Gebrauch biologisch abbaubar. Damit sich die Oberfläche des Materials ledrig und leicht rau anfühlt, fügte er getrocknete, fein gemahlene Orangenschale hinzu. Durch eine größere Menge Glyzerin in der Rezeptur wird es stabil und flexibel. Zudem kam der Jungforscher auf die Idee, die ausgekämmte Unterwolle seines Hundes für den Trägerstoff zu nutzen. Seine Nähversuche zeigten: Die feinen Fasern verhindern, dass das Ersatzleder beim Verarbeiten reißt.

Myzo-Bio-stik: MYZel auf BIOlogisch abbaubarem PlaSTIK

Myzo-Bio-stik: MYZel auf BIOlogisch abbaubarem PlaSTIK

Pilzmyzel, das auf einem Substrat wächst, kann das Trägermaterial verfestigen. Falk Wannhof machte sich diese Eigenschaft zunutze, um einen Biokunststoff mit einerseits hoher Festigkeit, zugleich aber auch weicher Oberfläche zu entwickeln. Er experimentierte mit 19 verschiedenen biologischen Kunststoffen, auf denen er jeweils ein Myzel züchtete. Als ideal erwies sich ein Kunststoff aus Glycerin und Gelatine, der mit Kochsalz gegen unerwünschten Schimmel und Malzextrakt als Nahrung für den Pilz versetzt wurde. Der Pilz Penicillium candidum bildete daraufhin einen dichten Myzelrasen. In einem Labor ließ der Jungforscher die Zugfestigkeit seines Kunststoffs testen. Sie war ähnlich wie bei erdölbasierten Kunststoffen, weshalb sein Biokunststoff als Alternative dienen kann.

Organische Solarzelle

Organische Solarzelle

Klassische Solarzellen basieren auf anorganischen Halbleitern, speziell auf Silizium. Ihre Fertigung ist aufwendig und benötigt große Mengen an Energie und Rohstoffen. Eine Alternative können Solarzellen auf Basis organischer Verbindungen sein. Lasse Hiller und Jonathan Goffing untersuchten dahingehend verschiedene Optionen, vom Farbstoff der Brombeere (Anthocyane) bis hin zu synthetischen Farbstoffen, die sie selbst herstellten. Aus drei Farbstoffen fertigten sie unter Einsatz von beschichteten Glasplatten und weiteren Substanzen Solarzellen, deren abgegebene elektrische Energie sie unter einem Tageslichtprojektor ermittelten. Zwar blieb die Stromausbeute hinter den erwarteten Werten zurück, doch die Jungforscher konnten zeigen, mit welch einfachen Mitteln sich Solarzellen herstellen lassen.

Power2Gas – effiziente Herstellung von Wasserstoff

Power2Gas – effiziente Herstellung von Wasserstoff

In einer Elektrolysezelle kann Wasser unter Einsatz von Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden. Felicitas Alexandra Bachmann und Tom Kunkel untersuchten, wie eine solche Zelle aufgebaut sein muss, um eine möglichst hohe Effizienz zu erzielen. Sie betrachteten die angelegte Spannung, die Art der Elektrolytlösung, deren Konzentration und Temperatur, die Elektrodenoberfläche und den Elektrodenabstand wie auch das verwendete Elektrodenmaterial. Aufgrund ihrer Messreihen empfehlen die Jungforschenden für die Erzeugung des Wasserstoffs den Einsatz einer elfprozentigen Kaliumsulfat-Lösung als Elektrolyt, und das bei einer Spannung von zehn Volt und möglichst großer Elektrodenoberfläche – damit der wertvolle Strom so bestmöglich der Wasserstoffgewinnung dienen kann.

Best Practice in der Abwassertechnologie: Phosphor-Recycling durch Elektroflotation

Best Practice in der Abwassertechnologie: Phosphor-Recycling durch Elektroflotation

Hannah Amrhein, Lena Fries und Hanna Fries fanden einen Ansatz, um den wertvollen Pflanzennährstoff Phosphor aus Abwasser zurückzugewinnen. Sie nutzten dafür die Elektroflotation, bei der winzige Flocken Phosphate binden und in einem elektrischen Feld an die Oberfläche transportieren. Im Labor gelang es den Jungforscherinnen, das Phosphat aus einer Probelösung nahezu vollständig zu binden. Anschließend lässt es sich in Phosphorsäure umwandeln, so werden für Pflanzen wieder verfügbare Phosphate erzeugt. Die Elektroflotation ist effektiver als herkömmliche Fällungsverfahren: Klärwerke gewinnen mit einer gängigen Fällung 40 bis 60 Prozent des Phosphors zurück, mit der Elektroflotation jedoch über 80 Prozent. Allerdings sind in echtem Abwasser noch weitere Stoffe enthalten, was die Flotation erschweren könnte.

C-Klasse gibt Gas – Elektrokatalyse an Kohlenstoffen

C-Klasse gibt Gas – Elektrokatalyse an Kohlenstoffen

Für die elektrochemische Gewinnung von Wasserstoff sind neue metallfreie Katalysatoren erforderlich, um so künftig eine umweltschonende Produktion zu ermöglichen. Tim Großmann widmete sich daher der Herstellung von metallfreien Elektroden auf Basis von Kohlenstoff. Das Element ist durch seine zahlreichen Modifikationen wie Grafit oder Nanoröhren sehr vielseitig. Der Jungforscher fertigte verschiedene Elektroden aus Kohlenstoff, in die er teilweise auch Fremdatome wie Sauerstoff oder Stickstoff einbaute. Anschließend untersuchte er deren Nutzbarkeit für katalytische Prozesse. Dabei zeigte sich, dass die Eigenschaften der Elektroden durch eine Funktionalisierung mittels eingebrachter Zusatzatome deutlich verbessert werden können.

Seifenblasen – ein komplexes naturwissenschaftliches Phänomen

Seifenblasen – ein komplexes naturwissenschaftliches Phänomen

Seifenblasen sind für Johanna Pohl ein Freizeitvergnügen. Sie ist fasziniert von diesen Gebilden, die aus einem hauchdünnen Film Seifenwasser um eine Luftblase bestehen. Da sich die Seifenmoleküle auf der Außen- und Innenseite des Films abstoßen, halten sie die Blase stabil. Um die beste Lauge zu finden, experimentierte die Jungforscherin mit verschiedenen Handspülmitteln und variierte die Rezeptur. Sie baute eine elektrische Seifenblasenmaschine so um, dass sie einen gleichmäßigen Luftstrom erzeugte. Dadurch wurden Größe, Gewicht und Stabilität der Blasen miteinander vergleichbar. Ihre Messreihen zeigten, dass die Blasen durch Zucker und Tapetenkleister in der Lauge eine längere Lebensdauer haben, weil die Viskosität der Lauge zunimmt. Salz dagegen macht die Haut dünner und sie zerplatzt schneller.

Ewerflow – Grünes Speichern mit CO2

Ewerflow – Grünes Speichern mit CO2

Mariella Benkenstein und Marit Kock sind überzeugt, dass sich in sogenannten Redox-Flow-Batterien Wind- und Solarstrom umweltfreundlich speichern lassen. Sie bauten eine solche Batterie, die ohne giftige Chemikalien auskommt. Stattdessen funktioniert sie nur mit gelöstem Kohlendioxid in Wasser. Allerdings muss der wässrige Elektrolyt unter ständigem Druck stehen, damit das Gas darin gelöst bleibt. Um das Druckproblem technisch in den Griff zu bekommen, entwickelten die Jungforscherinnen einen Prototyp aus mehreren Reaktionszellen, einer professionellen Verrohrung und vergrößerten Elektroden. Damit erreichten sie zwar nicht den notwendigen Druck von 12 Bar, sie konnten jedoch nacheinander mehrere Lade-Entlade-Zyklen durchführen und die Konzentration des Kohlendioxids im Elektrolyten genau regulieren.

Biopolymer auf Algenbasis

Biopolymer auf Algenbasis

Nathanael Daniel Strom und Roland Grimm halten viel von Biokunststoffen, die als umweltfreundlicher gelten als herkömmliches Plastik. Die beiden wollten wissen, ob sich aus der Alginsäure von Braunalgen ein Biopolymer herstellen lässt. Als knifflig erwies sich dabei die Tatsache, dass sowohl Alginsäure als auch ihre Salze, die Alginate, sehr stabil und schwer löslich sind. Daher lassen sie sich nicht zu langen Kunststoffmolekülen verknüpfen. Die Jungforscher veränderten das Alginat mithilfe verschiedener chemischer Reaktionen und Katalysatoren und konnten so seine Löslichkeit in organischen Lösemitteln verbessern. Das lösliche Alginat bildet lange Molekülketten und in Wasser einen weißen, faserartigen Feststoff. Aus diesen Fasern könnte durch weitere Modifikationen ein Biopolymer entstehen.

Carotinoide – eine Alternative mit Zukunft? Färbung von Baumwolle mit Carotin

Carotinoide – eine Alternative mit Zukunft? Färbung von Baumwolle mit Carotin

Lässt sich Baumwollstoff mit dem Betacarotin aus Möhren umweltfreundlich färben? Dafür müsste der natürliche Farbstoff hitzebeständig und waschecht sein. Jule Hannah Tappe führte zahlreiche Färbe- und Waschexperimente durch und variierte Temperatur, Einwirkzeit wie auch die Vorbehandlung des zu färbenden Stoffs. Sie kam zu dem Ergebnis, dass eine schnelle, intensive und stabile Färbung mit Betacarotin nicht gelingt. Das liegt vor allem daran, dass Carotine zu den unpolaren und schlecht wasserlöslichen Naturstoffen gehören. Allerdings wird die Farbe intensiver und haftet besser, wenn Milch ins Färbebad hinzugegeben wird. Denn die Proteine und Fette der Milch wirken dann wie ein Vermittler zwischen den unpolaren Betacarotinmolekülen und der polaren Oberfläche der Zellulosefasern.

Die Chemie bietet viele Forschungsmöglichkeiten

Es können organische und anorganische Reaktionen untersucht oder das Augenmerk auf die analytische oder physikalische Chemie gerichtet werden – mit einfachen Tests zu Hause, in der Natur oder aufwendigeren Versuchen in Labor oder Schule.

Disziplinen im Fachgebiet Chemie sind vor allem

  • Anorganische Chemie
  • Organische Chemie
  • Analytische Chemie
  • Physikalische Chemie
  • Theoretische Chemie
  • Technische Chemie

Folgende Themen gehören bei Jugend forscht in das Fachgebiet Chemie, sofern der Schwerpunkt der Forschungsarbeit in der Chemie liegt:

  • Biochemie

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Chemie?

Vom Wettbewerb grundsätzlich ausgeschlossen sind Projekte, die Teilnehmende oder Dritte gefährden. Dazu zählen Experimente mit Sprengstoff, Drogen oder radioaktiven Stoffen. Für alle Jungforschenden muss es selbstverständlich sein, bei Experimenten Schutzbrille und Kittel zu tragen sowie die vorgeschriebenen Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Nähere Informationen dazu stehen im Merkblatt „Sicherheitsvorschriften“.

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