Der perfekte Tropfen – Experiment mit Wasser und Ethanol

Besorgt euch eine Einwegpipette aus Kunststoff und schneidet sie unten ab, damit ihr eine möglichst große Öffnung bekommt. Jetzt lasst mal ganz langsam und vorsichtig einen Tropfen Wasser herausfallen. Wie sieht der Tropfen aus?

Setzt mal einen Wassertropfen auf eure Tischplatte ab und beobachtet, welche Form er hat. Probiert mal verschiedene Oberflächen aus. Ändert sich die Form des abgesetzten Tropfens?

Nehmt eine Ein- oder Zwei-Cent Münze und versucht mal, möglichst viele Tropfen auf die Münze zu setzen. Wieviele Tropfen schafft ihr, ohne dass das Wasser herunterläuft. Wie sieht das Wasser aus, wenn es auf der Münze sitzt?

Jetzt probiert das Gleiche mal mit Ethanol (Brennspiritus - vorsicht feuergefährlich!).
Verhält sich Brennspiritus anders als Wasser? Wie würdet ihr eure Beobachtungen beschreiben?

Ein Wollpullover ist eine ganz besondere Oberfläche. Versucht mal einen möglichst großen Tropfen Wasser auf eine Wolloberfläche zu setzen. Wartet dann eine Weile ab.

Und jetzt probiert ihr mal verschiedene Blätter aus, die ihr draußen gesammelt habt. Ein ganz besonderes Blatt ist der Frauenmantel. Vielleicht habt ihr den im Garten. Beschreibt eure Beobachtungen mit den verschiedenen Blättern.

Was passiert bei diesem Experiment und warum ist das so?

Wenn ihr Seifenblasen aufpustet, haben die immer eine perfekt kugelrunde Form. Das ist die Form, bei der sie eine minimale Oberfläche haben. Die Kugelform ist am stabilsten.

Bei Wassertropfen ist das so ähnlich. Auch die versuchen eine möglichst kugelrunde Form anzunehmen. Das könnt ihr zum Beispiel sehen, wenn ihr einen Tropfen ganz langsam aus einer Pipette herauskommen lasst.

Auch das Wasser versucht nämlich, eine möglichst geringe Oberfläche anzunehmen. Hier wirken die Kohäsionskräfte. Die Wasserteilchen ziehen sich gegnseitig an. Aber ganz kugelrund ist der Tropfen nicht, wenn er an der Pipette hängt. Er hat dann halt die typische Tropfenform - unten dicker als oben.
Woran liegt das? Auf das Wasser wirkt neben der Kohäaion auch noch die Schwerkraft. Die zieht das Wasser nach unten während der Tropfen noch an der Pipette hängt.

Wenn der Tropfen dann fällt, ist er praktisch schwerelos. Während er fällt, hat er eine perfekte Kugelform. Das ist aber schwer zu beobachten. Vielleicht versucht ihr mal, das mit eurer Handykamera zu fotografieren.

Wenn ihr den Tropfen vorsichtig auf eine Oberfläche abzusetzt, hängt die Form des Tropfens davon ab, welche Oberfläche das ist.

Hier kommt eine zweite Kraft ins Spiel, die Adhäsion. Das ist die Kraft, mit der die Wasserteilchen von anderen Oberflächen angezogen werden. Es ist immer ein Wechselspiel von Adhäsion, Kohäsion und Schwaerkraft, das die Form des Wassertropfen bestimmt.

Es gibt auch ganz spezielle Oberflächen, wie zum Beispiel den Wollpullover. Die Wasserteilchen werden von der Wollfaser abgestoßen. Es wirken fast nur noch die Kohäsionskräfte des Wassers und die Schwerkraft. Deshalb bekommt ihr einen fast kugelrunden Tropfen. Aber nur so lange, bis die Wollfaser den Tropfen aufsaugt. Das passiert nach einigen Sekunden bis Minuten.

Noch besser funktioniert das Frauenmantel-Blatt. Der Frauenmantel ist eine Gartenstaude. Die Blätter haben auf der Oberseite ganz viele feine Härchen, die das Wasser daran hindern, die Oberfläche zu benetzen. Wenn ihr einen Tropfen auf ein Blatt absetzt, bleibt er fast kugelrund und rollt wieder herunter, wenn ihr das Blatt bewegt. Das Blatt wird gar nicht nass. Es wird nicht benetzt vom Wasser.

Mit Ethanol (Brennspiritus) gehen die gleichen Experimente anders aus. Das liegt daran, dass die Kohäsionskräfte beim Ethanol geringer sind. Die Tropfen sind kleiner und auf Oberflächen breiten sie sich weiter aus. Das könnt ihr zum Beispiel daran sehen, dass nicht annähernd so viele Ethanol-Tropfen auf eine Münze passen wie mit Wasser.

Um diese Phänomene geht es in diesem Experiment für Kita und Sachunterricht: