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Oberflächenspannung: Öl und Wasser im Vergleich - Experiment für den Physikunterricht

Viele physikalische Konzepte sind besonders für Kinder und Teenager nur schwer zu verstehen. Experimente helfen dabei, Begriffe und Theorien zu veranschaulichen, der "Aha"-Effekt ist jetzt nur noch Sekunden entfernt. Auch das Konzept der Oberflächenspannung lässt sich leicht verständlich machen. Haben Sie sich nicht auch schon oft gefragt, warum sich Öl und Wasser nicht miteinander vermischen lassen?

Öl und Wasser vermischen sich normalerweise nicht.
Öl und Wasser vermischen sich normalerweise nicht. © A.Dreher / Pixelio

Was Sie benötigen:

  • Speiseöl
  • Spülmittel
  • Wasser
  • Farbstoff
  • kleine Glasflasche
  • Becherglas

Oberflächenspannung - was ist das überhaupt?

  • Wasser besteht aus vielen kleinen Teilchen. Zwischen diesen herrschen Anziehungs- und Abstoßungskräfte (Kohäsion). Dies führt dazu, dass benachbarte Teilchen Bindungen eingehen.
  • Miteinander verbundene Wasserteilchen sind aber auch beweglich. Während sie sich in alle Richtungen verteilen, lösen sich die Bindungen, es werden neue Teilchen gesucht, mit denen eine Bindung möglich ist.
  • An der Wasseroberfläche ist dieser Prozess nicht so ohne Weiteres möglich, hier können Bindungen nur nach unten oder ins Wasserinnere stattfinden. Daraufhin spannt sich die Oberfläche und verkleinert sich.
  • Die Oberflächenspannung zwischen verschiedenen Flüssigkeiten ist sehr unterschiedlich. So besitzt Wasser einen eher hohen Wert, Öl hingegen einen niedrigeren. Es gilt die Regel: Je größer die Anziehung zwischen den Teilchen, desto größer fällt der Wert aus.
  • Dieses physikalische Konzept steht auch mit der Grenzflächenspannung in Zusammenhang. Diese entsteht, wenn zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Werten, also etwa Wasser und Öl, aufeinandertreffen.
  • Dieser physikalische Begriff darf nicht mit der Dichte oder der Viskosität verwechselt werden. Viskosität gibt an, wie fließfähig eine Flüssigkeit ist. Die Dichte gibt an, welches Verhältnis zwischen Masse und Volumen besteht. Öl hat eine etwas geringere Dichte als Wasser. Daher vermischen sich beide Flüssigkeiten auf natürliche Weise nicht.

Experiment - Können sich Öl und Wasser vermischen?

  1. Füllen Sie eine kleine Flasche - diese muss in das Becherglas hineinpassen - mit etwas Pflanzenöl. Für einen noch spannenderen Effekt können Sie es vorher mit etwas Farbstoff einfärben.
  2. Füllen Sie das Becherglas mit Wasser und stellen die Ölflasche hinein. Beide Flüssigkeiten bleiben klar voneinander getrennt.
  3. Geben Sie nun etwas Spülmittel in das Wasser und verrühren es mit dem Finger oder einem Löffel.
  4. Sie können nun beobachten, dass das Öl aus der Flasche heraus zur Wasseroberfläche läuft.
  5. Die Erklärung: Durch die unterschiedlichen Oberflächenspannungen und die Grenzflächenspannung zwischen beiden Flüssigkeiten kommt es zu keiner Vermischung. Da das Pflanzenöl zudem eine niedrigere Dichte als Wasser aufweist, können sich die Flüssigkeiten nicht durchdringen.
  6. Die Seife wirkt als Emulgator, sie setzt den hohen Wert des Wassers herab, sodass sich beide Flüssigkeiten nun vermischen können.
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