Eisen schwimmt

Kurz nachdem man das Papier mit der Büroklammer auf die Wasseroberfläche gelegt hat, saugt dieses sich mit Wasser voll und geht unter. Die Büroklammer schwimmt jedoch weiterhin auf der Wasseroberfläche. Gibt man im nächsten Schritt einen Tropfen Spülmittel in das Wasser, so geht die Büroklammer ebenfalls unter.

Man legt ein Stück Löschpapier oder Küchenrollenpapier, das etwas größer ist, als die Büroklammer, auf die Wasseroberfläche. Anschließend legt man vorsichtig die Büroklammer darauf. Im zweiten Teil des Versuches wird ein Tropfen(!) Spülmittel dazu gegeben.

• mehrere Gefäße mit Wasser,
• Spülmittel,
• Büroklammern,
• Löschpapier, "Küchenrollenpapier" o.ä.,

• Die Büroklammer sollte insgesamt möglichst flach sein.
• Wenn gar nichts geht, hilft es, die Büroklammer etwas einzufetten.
• Im Versuch oben wurde ein Tempotaschentuch verwendet. Dieses saugt sich sehr schnell voll und sinkt ab. Man muss sich mit dem Auflegen der Klammer deshalb sehr beeilen. In der Schule ist weniger saugfähiges Papier sicherlich geeigneter.

Wegen der besseren Sichtbarkeit wurden bei den Aufnahmen Plastik-Büroklammern verwendet. Für den Unterricht sind jedoch Ganzmetall-Klammern günstiger, weil sie noch schwerer sind und damit weniger schwimmfähig erscheinen.

Was fachlich hinter dem Versuch steckt

Das Schwimmen der Büroklammer beruht auf der Oberflächenspannung. Sie ist eine Folge der Kräfte zwischen den Wassermolekülen. Die einzelnen Wassermoleküle üben Anziehungskräfte aufeinander aus (Kohäsionskräfte). Für ein Molekül weiter unten im Wasser heben sich die Kohäsionskräfte aus den verschiedenen Richtungen auf. An der Wasseroberfläche fehlen die oberen Partner, d. h. es gibt eine Gesamtkraft nach unten. Man kann sich vorstellen, dass die Moleküle weiter unten ständig an denen an der Wasseroberfläche ziehen. Folglich kann man sagen, dass die Wasseroberfläche wie auf das Wasser aufgespannt ist. Um ein Molekül in die Wasseroberfläche zu bringen, muss es gegen die ziehenden Kräfte an die Oberfläche transportiert werden. Jede Erweiterung der Oberfläche kostet damit Energie. Das Wasser "wehrt" sich aus diesem Grund gegen eine Vergrößerung der Wasseroberfläche. Dieses "sich Wehren" führt letztlich dazu, dass die Büroklammer ähnlich wie auf einer Gummi-Membran getragen wird. Das Spülmittel reduziert die Oberflächenspannung. Das heißt, dass sich "Seifenmoleküle" zwischen die Wassermoleküle lagern und somit die Oberflächenspannung reduzieren. Als Lehrkraft sollte man darauf achten, die nahe liegende Vorstellung einer "Haut des Wassers" geeignet zu kommentieren. Bei einem naiven Verständnis der "Haut" wird die Vorstellung unterstützt, dass man die "Haut des Wassers" nicht nur mit Spülmittel, sondern auch mit einer Nadel, etc. zerstören könnte.

Was der Versuch mit dem Alltag zu tun hat

Das Musterbeispiel für einen Nutzer der Oberflächenspannung des Wassers in der Natur ist der Wasserläufer. Er kann ohne Mühe auf dem Wasser laufen, ohne unterzugehen. Die Beobachtung eines solchen Wasserbewohners eignet sich sehr gut für das Einführen und Erklären der Oberflächenspannung.

Welche Versuche gut dazu passen

Mit etwas Geschick gelingt es, auch eine Büroklammer und eine Nähnadel auf das Wasser zu setzen. Auch hier hilft Einfetten.

Carolin Schneider & Bastian Fleck