Chemie

AluEnergy – eine günstige Alternative

AluEnergy – eine günstige Alternative

Die Lithium-Ionen-Akkus in Smartphones müssen häufig aufgeladen werden und können sich unter Umständen sogar selbst entzünden. Leo Flachmann und Luca Krüger wollten wissen, ob sich das Lithium durch Aluminium ersetzen lässt, das preiswerter und nicht so leicht entzündlich ist. Die Jungforscher testeten im Labor verschiedene elektrochemische Zellen mit Elektroden aus Aluminium, Grafit und einer Mischung von Aluminium und Lithium. Sie bauten dabei Dual-Ionen-Batterien nach, bei denen sowohl Kationen als auch Anionen Ladung speichern, weshalb die Batterien mehr Leistung bringen. Bei den Messungen von Spannung und Stromstärke zeigten die Akkus ganz ohne Lithium die besten Ergebnisse: Sie können die Spannung länger halten und ihre Leistung nahm nach mehrmaligen Laden und Entladen nur wenig ab.

Clever Milk – die Milch, die mitdenkt

Clever Milk – die Milch, die mitdenkt

Ob Milch in einer ungeöffneten Packung noch genießbar ist, weiß der elektrische Signalgeber von Kerstin Richter und Markus Armentrout. Seine farbigen LED-Dioden reagieren auf den pH-Wert, der bei verdorbener Milch niedriger ist als bei noch genießbarer Ware. Bei der Entwicklung des Signalgebers ermittelten die Jungforscher zunächst Leitfähigkeit und pH-Wert von Milchproben und bestimmten, wann die Säurebildung beginnt. Die Auswertung zeigte, dass der pH-Wert bereits wenige Tage nach dem Verfallsdatum sinkt, also die bakterielle Umwandlung des Milchzuckers in Säure einsetzt. Die Herausforderung bei der Messung besteht prinzipiell darin, den Draht der Platine so durch die Verpackung zu führen, dass keine Luft einströmt. Mit der Luft können Keime eindringen und das Ergebnis verfälschen.

Es geht um Meer als nur um die Haut

Es geht um Meer als nur um die Haut

Meerwasser hat an der Oberfläche eine unsichtbare Grenzschicht, über die ständig Stoffe und Gase mit der Atmosphäre ausgetauscht werden. Lara Beuke und Jorina Sendel erforschten, wie sich diese extrem dünne biologische Schicht bei steigenden Wassertemperaturen verändert. In Analysebecken des Geomar-Instituts in Kiel untersuchten sie die Menge der Mikropartikel sowie Bakterienzahl, Nährstoffe und Sauerstoff. Die Jungforscherinnen stellten fest, dass in wärmerem Wasser mehr Mikropartikel entstehen und sich Bakterien leichter vermehren. Darüber hinaus sinkt bei höherer Temperatur die Oberflächenspannung, was den Gasaustausch erschwert. Veränderungen im Klima lassen sich also direkt im sensiblen Biofilm der Ozeane ablesen.

Fehling-Probe – Neuinterpretation notwendig?

Fehling-Probe – Neuinterpretation notwendig?

Mit der Fehling-Probe wurde früher Diabetes diagnostiziert, heute ist die charakteristische Rotfärbung immer noch ein Schulbeispiel für eine pH-abhängige Redox-Reaktion. Johannes Waller und Philipp Kessler fiel allerdings auf, dass die beiden Zucker Glucose und Fructose unterschiedlich schnell reagieren, was sich mit der Molekülstruktur nicht erklären lässt. Ihre Laborversuche belegen, dass die Fehling-Probe einer komplexeren Chemie folgt als im Schulbuch dargestellt: Während der Reaktion entstehen verschiedene Zwischenstufen und Oxidationsprodukte, die ihrerseits reduzierend wirken. Die Färbung folgt bei beiden Zuckern unterschiedlichen Mechanismen und hängt von der Bildung bestimmter Zwischenprodukte ab. Das erklärt, warum die Fehling-Reaktion Fructose schneller rot färbt als Glucose.

Immobilisierung von Laccase für katalytische Anwendungen

Immobilisierung von Laccase für katalytische Anwendungen

Bestimmte Enzyme bilden auf Oberflächen Schichten aus, die nur eine Moleküllage dick sind. Arta Safari vermutet, dass sich aus solchen Monolayern hochwirksame Katalysatoren entwickeln ließen. Allerdings ist bislang nicht geklärt, welche Kräfte bei der Anlagerung wirken. Der Jungforscher simulierte am Computer die Wechselwirkungen des Enzyms Laccase mit Oberflächen sowohl aus Siliziumdioxid als auch aus Graphen, einer besonderen Form des Kohlenstoffs. Auf Siliziumdioxid, so fand er heraus, wird Laccase durch elektrostatische Wechselwirkungen festgehalten. Bei Graphen dagegen kommt es zur Überlappung der Ladungswolken von Enzymbausteinen und Kohlenstoff. Da diese Bindung besonders stark und von äußeren Faktoren unabhängig ist, wäre Graphen als Träger für Bio-Katalysatoren ideal.

Kondensmilch als Standard zur Trübungsmessung von Wasserproben in der Schule?

Kondensmilch als Standard zur Trübungsmessung von Wasserproben in der Schule?

Bei Messungen der Wasserqualität kommen häufig giftige Chemikalien zum Einsatz. Marie Isabel Breuer fragte sich, ob sich die Klarheit und Sauberkeit von Wasser auch ohne schädliche Stoffe bestimmen lässt. Ihre Antwort lautet: Ja, und zwar mit Kondensmilch. Herkömmliche Trübungsmessungen nutzen giftiges Formazin. Das Verfahren der Jungforscherin braucht nur das Fotometer und unterschiedlich stark verdünnte Milchproben, die mehr oder weniger viel Licht hindurchlassen. Damit erstellte sie die notwendige Eichkurve und analysierte die Trübung von Apfelsaft sowie von Wasserproben aus Gewässern in ihrer Region. Da die Methode einfach und unbedenklich ist, kann sie problemlos im Schulunterricht eingesetzt werden.

Licht reinigt Luft: Tageslicht-Fotokatalyse mit modifiziertem Titandioxid

Licht reinigt Luft: Tageslicht-Fotokatalyse mit modifiziertem Titandioxid

Die UV-Strahlung der Sonne hat so viel Energie, dass sie schädliche Stoffe in der Außenluft zerstören kann. Wie aber entfernt man Schadstoffe in Innenräumen, wo es nur diffuses, energiearmes Tageslicht gibt? Philipp Herget und Maurice Noll suchten nach Katalysatoren, die den Abbau chemischer Stoffe ohne UV-Licht möglich machen. Dafür mischten sie katalytisch wirksames Titandioxid mit Mineralien oder Grafit und analysierten, wie gut die neuen Rezepturen Gase wie Ethylen, Acetaldehyd und Toluol zerstören. Alle Mischungen waren aktiver als käufliche Fotokatalysatoren aus reinem Titandioxid. Besonders gut funktionierte eine Rezeptur mit Grafit – damit verlief der Schadstoffabbau um den Faktor 2,6 schneller.

Multi-Vinum-Detector

Multi-Vinum-Detector

Neben Anbaulage und Reifezeit bestimmen vor allem chemische Inhaltstoffe und Farbe die Qualität eines Weins. Mit dem preiswerten Messgerät von Justin Ebert, Daniel Edlich und Niklas Rosin können Winzer schnell und zuverlässig Farbtiefe und Reifegrad ihres Weins bestimmen. Dafür rüsteten die Jungforscher herkömmliche pH-Elektroden mit kleinen Stücken eines Kondoms und eines Damenstrumpfes so um, dass die Messfühler gelöstes Sulfit und Kohlendioxid erfassen. Mithilfe von Sensoren wird zudem die Farbe analysiert und in das bei Winzern gebräuchliche Zehnersystem eingeordnet. Ein zusätzlicher tragbarer Sensor warnt im Gärkeller vor zu hohen Kohlendioxidgehalten in der Atemluft. Dies kann zu Kopfschmerzen und im Extremfall sogar zu Bewusstlosigkeit führen.

Nicht nur als Diamant interessant – Kohlenstoff als neues Funktionsmaterial?

Nicht nur als Diamant interessant – Kohlenstoff als neues Funktionsmaterial?

Da Wind und Sonne nicht immer zur Verfügung stehen, braucht Ökostrom effiziente Speicher. Dafür eignen sich beispielsweise Redox-Flow-Batterien. Bengü Sahin ging der Frage nach, ob durch Veränderung der vliesartigen Kohlenstoffelektroden die Leistung dieser Batterien gesteigert werden kann. Dafür versetzte die Jungforscherin die vliesartigen Elektroden mit Harnstoff, außerdem stellte sie die Vliese durch Elektrospinnen her, ein elektrisches Verfahren, das sehr feine Fasern erzeugt. Ihre im Labor gemessenen Stromspannungskurven zeigen, dass der Harnstoff keinen günstigen Einfluss hat. Die durch Elektrospinnen gewonnene Elektrode dagegen schon: Da ihre Kohlenstofffasern wesentlich dünner und ihre Oberfläche damit größer ist als beim herkömmlichen Gewebe, kann deutlich mehr Strom fließen.

Polymer-Origami – Synthese und Charakterisierung selbstfaltender Hydrogelschichten

Polymer-Origami – Synthese und Charakterisierung selbstfaltender Hydrogelschichten

Hien Le ist von intelligenten Hydrogelen fasziniert. Diese wasserhaltigen Kunststoffmoleküle reagieren spontan auf Temperatur, Säure oder Licht. Dann falten sie sich von selbst zu eindrucksvollen Gebilden, aus denen sich Sensoren, Implantate oder künstliche Gewebe herstellen lassen. Die Jungforscherin wollte wissen, wie genau es zu den Faltungen kommt. Sie stellte eigene Hydrogele her und vernetzte sie zu Doppelschichten, bei denen eine Seite auf Temperatur, die andere auf den pH-Wert der Umgebung reagiert. Bei ihren Versuchen mit dünnen Gel-Filmen und Streifen stellte sie fest, dass es für die richtige Faltung auf die chemische Zusammensetzung des Kunststoffs ankommt. Entscheidend ist aber auch, dass die Filme gleichmäßig dünn sind und die beiden Schichten gut aneinanderhaften.

Untersuchung am Phänomen der Liesegangschen Ringe in Gelatine-Gelen

Untersuchung am Phänomen der Liesegangschen Ringe in Gelatine-Gelen

Bestimmte Metallsalze können stabile Kristalle bilden und beeindruckende ringförmige Strukturen ausbilden. Johannes Greiner und Stephan Wagner haben untersucht, wie diese sogenannten Liesegangschen Ringe in Gelatinegel entstehen. Sie variierten bei ihren Experimenten Temperatur, Gelatinegehalt, Metallionen und Lösemittel und stellten fest, dass vor allem die Abstände der Ringe von Temperatur und Ionenkonzentration abhängen. Darüber hinaus bestätigen ihre Versuche die gängige Annahme, dass die Ringe immer dann besonders scharf und klar sind, wenn kleine Kristalle sich zu größeren zusammenlagern. Für ihre Experimente wählten die beiden Jungforscher ungiftige Metallsalze, sodass die Ringbildung auch im Schulunterricht nachvollzogen werden kann.

Vergleich der Ascorbinsäurekonzentration in Äpfeln und Salami

Vergleich der Ascorbinsäurekonzentration in Äpfeln und Salami

Vitamin C kommt in vielen Lebensmitteln vor. Lara Minkus wollte wissen, wie sich die Konzentration von natürlichem Vitamin C in Äpfeln von der Konzentration des Vitamin C unterscheidet, das der Salami künstlich zugesetzt wird. Sie extrahierte das Ascorbinsäure genannte Vitamin aus Äpfeln der Sorte Gala sowie aus handelsüblicher Wurst und analysierte den Gehalt mit einer einfachen, chemischen Farbreaktion. Die Jungforscherin stellte fest, dass in Salami etwa vier Mal so viel Vitamin C enthalten ist wie in Äpfeln. Das macht Salami in ihren Augen aber nicht gesünder als Äpfel, weil das Obst noch viele andere Vitamine und Mineralstoffe enthält. Da Ascorbinsäure als Antioxidans wirkt, wird sie Fleisch und Wurst vor allem zugesetzt, damit die Lebensmittel appetitanregend rot aussehen.

Versuche zur Darstellung von Nanocellulose zur Anwendung in modernen Materialien

Versuche zur Darstellung von Nanocellulose zur Anwendung in modernen Materialien

Werkstoffe mit Nanostrukturen zeigen ganz neue, erstaunliche Eigenschaften. Gilt das auch für die altbekannte Cellulose? Dieser Frage ist Jonas Winkler nachgegangen. Er untersuchte bei Cellulose aus Birke, Baumwolle und Eukalyptus, ob sich die Fasern einfach und preiswert in winzige Einzelfasern, auch Mikrofibrillen genannt, auftrennen oder als Nanokristalle isolieren lassen. Beides ist möglich: Durch die sogenannte TEMPO-Oxidation konnte er Mikrofibrillen gewinnen. Bei der Hydrolyse mit Schwefelsäure und Ultraschall lösten sich die kristallinen Bereiche von den nicht kristallinen. Um die Eigenschaften der Mikrofibrillen zu testen, mischte der Jungforscher unbehandelte mit oxidierter Cellulose. Das so erzeugte Material war deutlich härter und fester als reine Cellulosefaser.

Voller Gastmoleküle – Netzwerke der Zukunft

Voller Gastmoleküle – Netzwerke der Zukunft

Metall-organische Gerüstverbindungen sind hochporöse Materialien, die in ihren Hohlräumen Gastmoleküle einlagern können. Sie werden beispielsweise für die Reinigung von Erdgas oder Biomethan sowie für den gezielten Wirkstofftransport im menschlichen Körper genutzt. Johannes Alexander Füßler, Lisa-Marie Müller und Katharina Krebs stellten die Hightech-Verbindungen im Schullabor her und untersuchten sie hinsichtlich möglicher weiterer Anwendungen. Dabei gelang es ihnen, das Antibiotikum Ampicillin in die Gerüstverbindung einzulagern und wieder gezielt freizusetzen. Mit dieser Methode könnten Arznei-Wirkstoffe künftig direkt an die Stelle im Körper transportiert werden, wo sie benötigt werden.

Wie Licht heilende Gifte erzeugt – pflanzliche Phototoxine zur Anwendung in der Medizin

Wie Licht heilende Gifte erzeugt – pflanzliche Phototoxine zur Anwendung in der Medizin

Manche Pflanzen bilden unter UV-Strahlung Stoffe, die Hauterkrankungen lindern oder gar heilen können. Heidi Limberger und Nathalie Mähl wollten wissen, wo solche sogenannten Phototoxine vorkommen. Sie extrahierten Wirkstoffe aus verschiedenen Pflanzen und Früchten. Anschließend analysierten sie die Extrakte mit spektroskopischen und chromatografischen Methoden. In Sellerie, Grapefruit, Pastinake und der limettenähnlichen Mikawa entdeckten die Jungforscherinnen phototoxische Wirkstoffe aus der Gruppe der Furocumarine. Dass diese Stoffe eine Wirkung auf lebende Zellen haben, bewiesen sie mithilfe von Mikroorganismen: Winzige Tröpfchen der Extrakte hemmten das Wachstum von Bacillus-Bakterien in der Petrischale.

Bildung von Benzol aus Natriumbenzoat in Lebensmitteln

Bildung von Benzol aus Natriumbenzoat in Lebensmitteln

Natriumbenzoat wird häufig zur Konservierung von Lebensmitteln verwendet. Allerdings besteht der Verdacht, dass dieser Stoff unter bestimmten Bedingungen zu krebserregendem Benzol reagiert. Dazu gibt es bislang jedoch nur eine belastbare Studie. Jan Rosenboom hat daher in Simulationen und Experimenten untersucht, welchen Einfluss die Bedingungen in Lebensmitteln auf die Bildung von Benzol und weiterer schädlicher Nebenprodukte haben. Dabei spielt ein katalytisches System aus Ascorbinsäure, Hydroxylradikalen und Kupferionen eine Rolle. Diese Faktoren variierte der Jungforscher in chemischen Experimenten systematisch. Für den Stoffnachweis nutzte er eine Kombination aus Gaschromatografie und Massenspektrometer. Sein Fazit: In Lebensmitteln können solche Schadstoffe entstehen, wenn auch in geringen Mengen.

Chemie die klammert – was die Umwelt nicht will!

Chemie die klammert – was die Umwelt nicht will!

Farbstoffe aus Abwässern herauszufiltern ist wichtig für Mensch und Umwelt, weil diese Substanzen oft giftig und krebserregend sind. Felix Mende untersuchte in zahlreichen Messreihen mit porösen metallischen Materialien, wie diese die gefährlichen Stoffe an sich binden. Weil er mit seinen Versuchen eine gute Reinigungswirkung belegen konnte, weitete er seine Analysen auf Medikamente aus – mit Erfolg! Auch ein Antibiotikum konnte er aus dem Wasser holen. Die verwendeten Reinigungssubstanzen, sogenannte Metal-Organic Frameworks, sieht der Jungforscher als eine vielversprechende Lösung im Bemühen um sauberes Wasser. Seine Grundlagenforschung könnte künftig Kläranlagen zugutekommen und eventuell sogar helfen, Pestizide aus dem Wasser zu entfernen.

Elektrodenroulade

Elektrodenroulade

Wasseranalysen mit Teststreifen oder Testkits sind ungenau und teuer. Diese Ansicht vertreten Justin Ebert, Elisabeth Szuppa und Katharina Radtke. Die drei konstruierten daher eine alternative Messapparatur, die gelöstes Kohlendioxid, Schwefeldioxid und Ammoniak im Wasser präzise und automatisch erfasst. Herzstück des Geräts sind Aquarienelektroden, deren Spitze die Jungforscher mit gasdurchlässiger Teflon- oder Kunststofffolie umhüllten und an handelsübliche pH-Meter – das sind Geräte zur Anzeige des pH-Werts – koppelten. Ausgewertet haben sie die Messungen mit einem eigenen Computerprogramm, das die Potenzialspannung der Messelektrode in Konzentrationsangaben umrechnet.

Berechnung und Interpretation von Schwingungsspektren kleiner Kohlenwasserstoffe mit unterschiedlicher C-Hybridisierung

Berechnung und Interpretation von Schwingungsspektren kleiner Kohlenwasserstoffe mit unterschiedlicher C-Hybridisierung

In der Welt der Atome und Moleküle gelten ganz eigene Gesetze. Arta-Anushirwan Safari wollte wissen, welche Faktoren darüber bestimmen, wie schnell Atome schwingen und warum sich die Frequenzen voneinander unterscheiden. Mit einer speziellen Simulationsmethode berechnete er die Schwingungen von Ethan, Ethen und Ethin – dreier einfacher Moleküle, bei denen je zwei Kohlenstoffatome miteinander verknüpft sind. Seine Berechnungen zeigen, dass sich das Molekül umso schneller bewegt, je stärker die beiden C-Atome aneinander gekoppelt sind. Das Kohlenstoffatom im Ethin mit seiner Dreifachbindung schwingt mit doppelter Frequenz verglichen mit dem im Ethan, das nur einfach gebunden ist. Seine Erklärung: Eine enge Bindung enthält besonders viel Energie, die sich in schneller Bewegung ausdrückt.

Gela-Tape – der biologisch abbaubare Klebefilm auf Gelatinebasis

Gela-Tape – der biologisch abbaubare Klebefilm auf Gelatinebasis

Klebefilme sind praktisch, als Abfall aber biologisch kaum abbaubar. Die Alternative von Victoria Lohmann, Maximilian Reitenspies und Annika Merz kennt dieses Problem nicht: Ihr Gela-Tape besteht nur aus natürlichen, abbaubaren Stoffen. Die drei entwickelten eine Mischung aus Gelatine, Zucker, Wasser und Glyzerin, die der Rezeptur von Gummibärchen ähnelt. Mit einer selbst gebauten Beschichtungsapparatur trugen sie den Klebstoff auf transparente Folie aus natürlichem Chitosan auf. Im Vergleich mit marktüblichen Produkten zeigte sich: Wenn die Trägerfolie dünn und gleichmäßig beschichtet wird, haftet das Bio-Tape auf Papier und glatten Kunststoffen genauso gut wie herkömmliche Klebefilme.

Gewinnung eines Blütenöls von Impatiens glandulifera und Identifikation der Inhaltsstoffe

Gewinnung eines Blütenöls von Impatiens glandulifera und Identifikation der Inhaltsstoffe

Das Springkraut zählt hierzulande zu den weniger beliebten Pflanzen. Ursprünglich aus dem Himalaya stammend droht es heimische Arten zu verdrängen. Alle bisherigen Versuche, das Gewächs zurückzudrängen, brachten nur mäßigen Erfolg. Michael Eibl und Sandra Krogner suchten daher nach Wegen, einen Nutzen aus der kaum zu bekämpfenden Pflanze zu ziehen. Sie analysierten die Blüten und wiesen in deren Ölen Substanzen nach, die in der Medizin genutzt werden können. Das extrahierte Blütenöl, dessen Duft die Jungforscher als „komplex-blumig“ beschreiben, könnte außerdem zur Kreation von Parfums dienen, ähnlich wie man es von Rosenöl kennt. Vielleicht ziehen dann in Zukunft Blütenpflücker durch die Landschaft – und bremsen so die weitere Expansion des Springkrauts.

Giftmagnet Mikroplastik – Akkumulation von Schadstoffen auf Mikroplastik

Giftmagnet Mikroplastik – Akkumulation von Schadstoffen auf Mikroplastik

Die Meere werden zunehmend mit Plastik verschmutzt. Eine besondere Gefahr geht dabei von Mikroplastik aus, weil sich auf den feinen Partikeln hochgiftige Stoffe wie DDT ablagern. Welchen Einfluss diverse Umweltfaktoren auf diesen Prozess haben, untersuchten Finn Sombrutzki und Robin Hertel systematisch. Sie entwickelten ein Testverfahren, bei dem sie Polystyrol als Plastik und Indigo als Modellsubstanz für die Schadstoffe einsetzten. Die Polystyrolstücke verrührten sie mit Indigolösung. Dabei variierten die Jungforscher Temperatur, pH-Wert, Salzgehalt, Durchmischung, Körnung und Zeit. Anschließend wuschen sie das Indigo mit Aceton vom Plastik ab und wiesen die Indigomenge fotometrisch nach. Ihr Fazit: Insbesondere der Salzgehalt der Meere und die Feinheit der Partikel begünstigen die Anlagerung.

Herstellung von Silber-Nanodrähten und deren Verwendung für transparente leitende Beschichtungen

Herstellung von Silber-Nanodrähten und deren Verwendung für transparente leitende Beschichtungen

Leuchtdioden transparent wie Fensterglas – das ist eine der Ideen, die Benedikt Pintat verfolgt. Dazu hat er faszinierende Gebilde hergestellt – Drähte aus Silber mit einem Durchmesser von nur wenigen Nanometern. Der Jungforscher entwickelte eine raffinierte Produktionsmethode für die Nanodrähte: Basis waren einige Chemikalien, darunter eine Ethylenverbindung sowie Silbernitrat. Durch sorgfältiges Rühren und Heizen bildeten sich die hauchfeinen Silberdrähte, die Benedikt anschließend mit ausgefeilten Analyseverfahren nachweisen konnte. Die neue Methode, so hofft er, könnte für die Industrie hochinteressant sein und nicht nur durchsichtige LEDs ermöglichen, sondern auch biegsame Displays oder transparente Solarzellen.

Rot wie Blut. Entwicklung einer chemischen Synthese für Edelsteine auf Basis von alpha-Aluminiumoxid

Rot wie Blut. Entwicklung einer chemischen Synthese für Edelsteine auf Basis von alpha-Aluminiumoxid

Der Abbau von Edelsteinen schadet der Umwelt und findet oft unter menschenunwürdigen Bedingungen statt. Da beispielsweise Rubine und Saphire eine Mixtur von Aluminiumoxid und bestimmten Metallen sind, kann man sie womöglich selbst herstellen – so die Idee von Christian Schärf, Paul Rathke und Friedrich Wanierke. Das Trio experimentierte mit verschiedenen Schmelz- und Kristallisationsverfahren, analysierte den Syntheseverlauf und die gewonnenen Pulverpartikel und Kristalle. Dabei mussten die Jungforscher feststellen, dass die Natur ein besonders fähiger Chemiker ist. Zwar gelang es den dreien, winzige Rubin-Einkristalle herzustellen. Der Weg zu einem großen Edelstein aus dem Labor aber ist schwieriger als gedacht.

Rückgewinnung der Reinmetalle aus Computer- und Elektronikschrott

Rückgewinnung der Reinmetalle aus Computer- und Elektronikschrott

Wenn Computer ausrangiert werden, landen sie zumeist auf dem Müll – und damit auch die in ihnen verarbeiteten Rohstoffe, wie etwa wertvolle Metalle. Bisher gibt es kaum geeignete Recyclingverfahren. Deshalb entwickelte Alexander Gottschick ein mehrstufiges Verfahren, mit dem er aus sechs Prozessoren alter Computer die Rohstoffe Kupfer, Nickel, Eisen, Mangan und Gold in Reinform wiedergewann. In einem ersten Schritt löste er die Metalle in einer siedenden Salpetersäure-Lösung, wo sie zu Metall-Nitraten reagierten. Diese wurden unter Steigerung des pH-Wertes als Metallhydroxide ausgefällt und anschließend zu den elementaren Metallen reduziert. Das bereits zuvor abgefilterte Gold wurde mittels Elektrolyse aus einer Säure abgeschieden. Reinheit und Gehalt der Metalle wies der Jungforscher mit analytischen Verfahren nach.

Schrott zur Geruchsbeseitigung im Abwasser

Schrott zur Geruchsbeseitigung im Abwasser

In Abwasserkanälen bildet sich Schwefelwasserstoff. Dieses Gas, das beispielsweise für den typischen Gestank fauler Eier verantwortlich ist, riecht nicht nur unangenehm. In höheren Konzentrationen ist es für Menschen sogar gefährlich. Johannes Hammer suchte daher einen Weg, den im Abwasser stets vorhandenen Schwefel in eine ungefährliche Verbindung umzuwandeln. Dies gelang ihm durch Eisenstreifen, die er ins Abwasser hängte und unter Strom setzte. Durch diese Einflüsse zersetzte sich das Eisen langsam und bildete mit dem Schwefel das schwer lösliche und unkritische Eisensulfid. Umweltfreundliche Energie für einen solchen Prozess könnte künftig die Sonne liefern: Ein mittelgroßes Fotovoltaikmodul, rechnete der Jungforscher aus, reicht zur Entschwefelung des Abwassers von 60 Menschen.

Spiropyran – ein effizienter, haltbarer und massentauglicher Datenspeicher?

Spiropyran – ein effizienter, haltbarer und massentauglicher Datenspeicher?

Ein Molekül gleich ein Bit – das ist der Traum vieler Forscher, die angesichts rasant steigender Datenmengen an neuen Konzepten zu deren Speicherung arbeiten. Realisieren lässt sich dieser Ansatz mit molekularen Schaltern wie Spiropyran und Merocyanin. Marvin Hirth und Simon Hein studierten diese beiden Isomere, die aus denselben Atomen in unterschiedlicher Struktur bestehen und sich durch das Licht bestimmter Wellenlängen ineinander überführen lassen. Damit können sie die für die Datenspeicherung nötigen Zustände „0“ und „1“ abbilden. Die Jungforscher untersuchten mit spektralfotometrischen Verfahren, wie Temperatur und Wellenlänge die Gleichgewichtsreaktion zwischen beiden Isomeren beeinflussen. So erhielten sie Aufschluss über die Effizienz und Haltbarkeit eines auf diesen chemischen Verbindungen basierenden Datenspeichers.

Untersuchung der Anwendbarkeit und Verarbeitung von fotochromen Molekülen in Polymeren

Untersuchung der Anwendbarkeit und Verarbeitung von fotochromen Molekülen in Polymeren

Sebastian Obst ist fasziniert von sogenannten molekularen Schaltern. Diese Moleküle können beispielsweise bei Lichteinwirkung umkehrbar ihre Farbe ändern. Dieser Effekt wird in fototropen Brillengläsern genutzt. Der Jungforscher wollte wissen, ob ein solcher Farbwechsel auch in Kunststoffen funktioniert. Dafür synthetisierte er einen dieser Schalter-Stoffe mit dem Namen DNBP und mischte ihn in verschiedene Polymere. Dabei verändert sich das Verhalten des DNBP deutlich. Der Farbwechsel ist wesentlich langsamer und hängt von der Temperatur der Probe ab. Sebastian Obst vermutet, dass die molekularen Schalter in enge Wechselwirkung mit der Kunststoffmatrix treten und dabei gehemmt werden. Schalter und Polymer müssen daher in ihren Eigenschaften exakt aufeinander abgestimmt werden, damit sie funktionieren.

Verbesserung der Abbaubarkeit von Kunststoffen durch Zuschlagstoffe

Verbesserung der Abbaubarkeit von Kunststoffen durch Zuschlagstoffe

Für Tizian Lorenzen sind Kunststoffe Fluch und Segen zugleich: Einerseits handelt es sich dabei um vielseitige Werkstoffe, andererseits jedoch verschmutzen sie als Abfall auf lange Zeit Böden und Gewässer, weil sie kaum abbaubar sind. Der Jungforscher ging daher auf die Suche nach preiswerten und ungiftigen Zuschlagstoffen, die den Zerfall von Plastik in der Umwelt beschleunigen. Seine Experimente mit dem Kunststoff PLA zeigten, dass das Material durch Zugabe von Reisstärke und Natriumstearat in feuchten Umgebungen schneller von Mikroorganismen zerlegt wird. Allerdings verschlechtern die Zusatzstoffe die mechanischen Eigenschaften des PLA. Die neue Rezeptur wäre daher vor allem für kurzzeitig genutzte Gegenstände wie Verpackungen und Einmalgeschirr geeignet.

Warum detonieren Alkalimetalle?

Warum detonieren Alkalimetalle?

Gibt man Alkalimetalle in Wasser, kommt es zu einer heftigen Reaktion, bei der Wasserstoff entsteht. Forscher sind sich uneins, welche Chemie dahintersteckt. Die einen erklären die Detonation mit einer Knallgasreaktion zwischen Wasser- und Sauerstoff. Andere gehen von einer physikalischen Explosion aus, bei der aufgrund der hohen Wärme Wasser schlagartig verdampft. Jüngste Forschungen sehen die Abstoßung zwischen den entstehenden Metallionen als Ursache der Explosion. Um mehr über den Reaktionsmechanismus zu erfahren, untersuchten Elias Chalwatzis, Christian Brudy und Daniel Crusius die Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser und anderen Reagenzien mithilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und Leitfähigkeitsmessungen. Ihre Ergebnisse stützen die aktuelle These der sogenannten Coulomb-Explosion.

Waschen – Auswirkung auf die Reißfestigkeit von Baumwollfasern unter Berücksichtigung der Enzyme

Waschen – Auswirkung auf die Reißfestigkeit von Baumwollfasern unter Berücksichtigung der Enzyme

Chemie ist, wenn der Fleck raus geht? Freyja Grundmann weiß es besser: Die chemischen Inhaltsstoffe von Waschmitteln reinigen nicht nur, sondern können Fasern auch schädigen. Die Jungforscherin verglich in ihren Experimenten die Wirkung verschiedener Markenprodukte und von Kernseife auf die Reißfestigkeit von Baumwollstreifen. Dabei fand sie heraus, dass die Zellulosefasern sowohl durch die alkalischen Inhaltsstoffe als auch durch die Enzyme im Waschmittel an Festigkeit und Stärke verlieren. Ihr Tipp: Wäsche nie lange in der Lauge liegen lassen, nur bei starker Verschmutzung waschen und möglichst neutrale Produkte mit niedrigem Enzymgehalt verwenden.

Wässrige Akkusysteme als Stromspeicher der Zukunft?

Wässrige Akkusysteme als Stromspeicher der Zukunft?

Lithium-Ionen-Akkus sind insbesondere bei mobilen Endgeräten weit verbreitet. Sie zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte und Lebensdauer aus. Zwar sind weltweit genügend Lithium-Ressourcen vorhanden, doch sind diese sehr ungleich über den Erdball verteilt. Christian Brudy, Daniel Crusius und Elias Chalwatzis suchten daher nach einer Alternative zu Lithium in Akkusystemen. Dazu testeten sie Batteriesysteme mit unterschiedlichen Salzen und Säuren in wässriger Lösung. In einem Modellversuch betrieben sie einen kleinen Motor mit einem wasserbasierten Akku. Die Entwicklung der Jungforscher könnte einen Beitrag zu mehr Unabhängigkeit von der in Europa knappen Ressource Lithium leisten.

Das Fachgebiet Chemie bietet Jungforschern viele Möglichkeiten

Jungforscherinnen und Jungforscher können organische und anorganische Reaktionen untersuchen oder ihr Augenmerk auf die analytische, synthetische, technische sowie die physikalische Chemie richten. Von einfachen Tests zu Hause bis hin zu aufwendigeren Versuchen in der Schule oder im Labor – alles ist möglich.

Disziplinen im Fachgebiet Chemie sind vor allem

  • Analytische Chemie
  • Angewandte Chemie
  • Anorganische Chemie
  • Biochemie
  • Makromolekulare Chemie
  • Organische Chemie
  • Physikalische Chemie
  • Theoretische Chemie

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Chemie?

Vom Wettbewerb grundsätzlich ausgeschlossen sind Projekte, die Teilnehmer oder Dritte gefährden. Dazu zählen Experimente mit Sprengstoff, Drogen oder radioaktiven Stoffen.

Weiterführende Informationen

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