Kandiszucker-Kristalle am Faden

Was das Kind lernt

• Dass heißes Wasser viel mehr Zucker löst als kaltes (≈ 2 kg pro Liter bei 20 °C und fast 5 kg bei 100 °C).
• Was eine gesättigte und eine übersättigte Lösung ist und dass der überschüssige Zucker als Kristall herauskommt, wenn die Flüssigkeit abkühlt und verdunstet.
• Dass Kristalle einen „Keim“ brauchen, an dem sie zu wachsen beginnen (Keimbildung).
• Einen langsamen Vorgang zu messen und festzuhalten: Millimeter pro Tag, Fotos und Diagramm.
• Dass sich gleiche Moleküle geordnet anlagern und dabei glatte Flächen und gerade Kanten bilden.

Vorher vorbereiten

• Drucke die Vorlagenseite mit 100 % und prüfe, dass die Skala B von 0 bis 100 genau 100 mm misst.
• Spüle die Gläser mit sehr heißem Wasser und gut nach: Spülmittelreste oder Staub führen dazu, dass viele kleine Kristalle am Boden statt am Faden entstehen.
• Such dir jetzt schon den Platz für die Woche aus: stabil, ohne Erschütterungen (weg von Waschmaschine und Kühlschrank), bei Zimmertemperatur und außer Reichweite kleiner Geschwister.
• Wenn möglich, impfe die Fäden am Abend vorher (Schritte 1–4), damit die Impfkristalle gut trocken sind.

Materialien und Werkzeuge

• Weißer Zucker — 600 g für den Sirup + 2 Esslöffel zum Impfen
  normaler Haushaltszucker (Saccharose) mit normaler Körnung; abwiegen, „3 Tassen“ schwankt stark
• Wasser — 250 ml
  Leitungswasser oder gefiltert
• Gläser — 2
  370–400 ml, Öffnung 6–8 cm und etwa 11 cm hoch, sauber und mit heißem Wasser ausgespült (ohne Spülmittelreste)
• Dicker Baumwollfaden — 2 Stücke à 20 cm
  Küchengarn oder Baumwollschnur, 1–2 mm; kein Nylon und kein gewachster Faden (daran halten die Kristalle nicht)
• Bleistifte oder Stäbchen — 2
  länger als die Glasöffnung (≥ 10 cm)
• Büroklammern aus Metall — 2
  klein (28 mm), sauber, als Gewicht am Fadenende
• Fotokarton — 1 A4-Blatt
  200 g/m², für die 2 Zentrierdeckel A (die Skala B kommt auf normales Papier, das sich besser an die Rundung des Glases anschmiegt)
• Lebensmittelfarbe — 3–4 Tropfen (optional)
  flüssig, für das zweite Glas
• Küchenpapier — 2 Blatt
  zum Abdecken über dem Fotokartondeckel (Staub und Insekten) und zum Trocknen des Fadens
• Durchsichtiges Klebeband — 20 cm
  um die Skala ans Glas zu kleben

Werkzeuge

• Mittelgroßer Topf und Holzlöffel — den Sirup zubereiten Erwachsene
• Küchenwaage und Messbecher — 600 g Zucker abwiegen und 250 ml Wasser abmessen
• Küchenthermometer (optional) — den Sirup bei 40–50 °C eingießen Erwachsene
• Schere und Vorstecher oder spitzer Bleistift — Deckel A ausschneiden und sein Mittelloch stechen
• Topfhandschuhe — den heißen Sirup eingießen Erwachsene
• Handy oder Kamera — ein Foto pro Tag vom selben Platz aus für den Zeitraffer

Teile und Vorlagen

• A · Zentrierdeckel ×2 — Fotokarton 200 g/m²
• B · Wachstumsskala ×2 — Papier
• C · Geimpfter Faden ×2 — Baumwollschnur 1–2 mm

Schritt für Schritt

1. Impfe den Faden

   Verrühre in einem Glas 2 Esslöffel Zucker mit 1 Esslöffel heißem Wasser. Tauche die letzten 3,5 cm jedes Fadens C in diesen Sirup und wälze sie auf einem Teller in 2 Esslöffeln trockenem Zucker.

   Tipp: Roll den Faden mit den Fingern über den Zucker: Je mehr Körner kleben bleiben, desto mehr Startpunkte haben die Kristalle.

2. Lass die Impfkristalle trocknen

   Häng die 2 Fäden gestreckt auf (mit einer Klammer an einem Glas), ohne dass sie sich berühren, und lass sie mindestens 1 Stunde trocknen, besser über Nacht. Die festklebenden Körner sind die Impfkristalle.

   Prüfe: Der Faden muss sich trocken und steif anfühlen, und die Körner fallen beim Bewegen nicht ab.

3. Schneide die Zentrierdeckel aus

   Schneide die 2 Deckel A aus Fotokarton aus (Ø 100 mm). Stich das Mittelloch mit 3 mm und die 4 Luftlöcher mit einem spitzen Bleistift durch und schneide mit der Schere die Linie vom Rand bis zur Mitte ein.

4. Bereite die Fadenaufhängung vor

   Binde eine Büroklammer an das geimpfte Ende jedes Fadens. Führe den Faden durch den Schnitt von Deckel A bis zum Mittelloch und binde das andere Ende an den Bleistift. Wickle Faden auf den Bleistift, bis die Büroklammer 2,5 cm über dem Glasboden hängt.

   Prüfe: Halte die Aufhängung probeweise über das leere Glas: Die Büroklammer muss mittig hängen, 2–3 cm über dem Boden und mindestens 1,5 cm von den Wänden entfernt, und das Ende des geimpften Teils etwa 9 cm über dem Boden (2,5 cm + 3 cm Büroklammer + 3,5 cm geimpft), unterhalb des späteren Sirupspiegels (1,5 cm unter dem Rand). Ist dein Glas niedriger als 11 cm, impfe weniger Faden.

5. Erhitze das Wasser Erwachsene

   Der Erwachsene gibt 250 ml Wasser in den Topf und stellt ihn auf mittlere Hitze. Wenn es zu dampfen beginnt, gibt er die 600 g Zucker in 6 Portionen à 100 g dazu und rührt, bis sich jede Portion aufgelöst hat, bevor die nächste hineinkommt.

   Tipp: Abwiegen ist viel zuverlässiger als mit Tassen abmessen: Eine Tasse Zucker kann 180 bis 220 g wiegen.

6. Koche, bis er klar ist Erwachsene

   Wenn der ganze Zucker drin ist, erhöhe die Hitze, bis es kocht, und lass es unter Rühren 1 Minute kochen. Der Sirup muss völlig klar sein, ohne ein einziges Korn am Boden.

   Prüfe: Kipp den Topf und schau dir den Boden im Licht an: Siehst du Körner, erhitze und rühre weiter, bis sie verschwinden.

7. Lass ihn abkühlen Erwachsene

   Schalte den Herd aus und lass den Topf zugedeckt 30–40 Minuten stehen, bis etwa 40–50 °C. Erkläre den Kindern währenddessen, warum er nicht heiß hinein darf: Er würde die Impfkristalle auflösen.

   Prüfe: Der Sirup ist fertig, wenn man den Topf außen ein paar Sekunden anfassen kann, ohne sich zu verbrennen (oder das Thermometer 40–50 °C zeigt).

8. Fülle die Gläser Erwachsene

   Der Erwachsene verteilt den Sirup auf die 2 Gläser, bis 1,5 cm unter den Rand (≈ 300 ml pro Glas). Wenn du ein farbiges Glas möchtest, gib dort 3–4 Tropfen Lebensmittelfarbe hinein und rühre mit einem sauberen Teelöffel um.

9. Häng den Faden hinein

   Leg Deckel A auf die Glasöffnung und den Bleistift obendrauf, sodass der Faden gerade durch das Mittelloch nach unten hängt. Prüfe, dass die Büroklammer weder Boden noch Wände berührt. Deck alles mit einem Blatt Küchenpapier ab.

   Prüfe: Der Faden hängt senkrecht und ruhig; die 3,5 cm geimpfter Faden sind ganz untergetaucht, mit mindestens einem halben Zentimeter Sirup darüber.

10. Klebe die Skala auf

    Klebe die Skala B senkrecht außen ans Glas, mit dem Wort BODEN unten auf dem Tisch, und überklebe sie mit durchsichtigem Klebeband. Ragt sie oben über, schneide den Überstand bündig mit dem Glasrand ab. Die Zahlen zählen vom Rand nach unten. Mach das erste Foto (Tag 0) von einem festen Platz aus, mit sichtbarer Skala.

11. Warte, ohne zu bewegen

    Bewege die Gläser 7 Tage lang nicht. Mach jeden Tag zur selben Uhrzeit ein Foto und notiere die Dicke der Kristalltraube und bis zu welcher Zahl der Skala B die Kristalle oben und unten reichen.

    Tipp: Die ersten sichtbaren Kristalle erscheinen meist nach 24 bis 48 Stunden.

12. Brich die Kruste auf

    Bildet sich an der Oberfläche eine harte Zuckerschicht, heb alle 2 Tage den Bleistift etwas an und zieh Deckel A seitlich heraus, wobei der Faden durch seinen Schnitt gleitet; leg den Bleistift wieder auf den Glasrand, damit der Faden weiter mittig hängt. Brich die Kruste vorsichtig mit der Spitze eines Tafelmessers auf, weit weg vom Faden, nimm die Stücke mit einem Teelöffel heraus und schieb Deckel A wieder über den Schnitt ein.

13. Nimm die Kristalle heraus und trockne sie

    Zieh den Faden an Tag 7 (oder wenn sie nicht mehr wachsen) nach oben heraus; klebt er an der Kruste fest, brich sie vorher auf. Häng ihn 2 Stunden über ein leeres Glas, damit er abtropft und trocknet.

    Prüfe: Kristalle von 5–15 mm, durchsichtig, mit glatten Flächen und geraden Kanten: Schau dir einen mit der Lupe an.

Funktioniert es? Der Test

Miss jeden Tag die Kristalltraube mit der Skala B (Höhe und Dicke) und mach das tägliche Foto. Nimm sie an Tag 7 heraus, trockne sie und wiege den Faden auf der Waage (wenn sie genau genug ist).

Was passieren soll: Nach 24–48 h erscheinen Kristalle von 1–2 mm auf den Impfkristallen. Nach 7 Tagen ist die Traube 1,5–3 cm dick, mit einzelnen Kristallen von 5–15 mm, und wiegt etwa 20–60 g. Am Boden und an den Wänden wachsen immer auch Kristalle: Das ist normal.

Wenn etwas nicht klappt

• Nach 3 Tagen wächst nichts — Sirup zu schwach (Zucker nicht abgewogen) oder Raum sehr warm. Lösung: Erhitze den Sirup erneut mit 100 g mehr Zucker, lass ihn abkühlen und wiederhole es mit einem neuen geimpften Faden.
• Die Impfkristalle am Faden sind verschwunden — Der Sirup war beim Eingießen zu heiß und hat sie aufgelöst. Lösung: Nimm den Faden heraus, impfe ihn neu und warte, bis der Sirup 40–50 °C hat, bevor du ihn wieder hineinhängst.
• Der ganze Boden ist voller Zucker, am Faden fast nichts — Es blieb ungelöster Zucker zurück, das Glas war schmutzig oder es wurde bewegt. Lösung: Erhitze erneut, bis alles völlig klar ist, nimm gut gereinigte Gläser und bewege das Glas nicht. Ein Holzspieß statt Faden bietet mehr Fläche.
• Die Kristalle sind an der Glaswand festgewachsen — Der Faden war nicht mittig oder hat sich bewegt. Lösung: Nimm Deckel A und die Büroklammer als Gewicht; lass mindestens 1,5 cm zwischen Faden und Glas.
• Der ganze Sirup ist zu einer harten Masse geworden — Zu viel Zucker, zu schnelles Abkühlen oder ein Stoß. Lösung: Gib 50 ml Wasser dazu, erhitze, bis sich alles löst, und fang neu an.
• Es gibt Schimmel oder Insekten — Glas offen oder an einem warmen, feuchten Ort. Lösung: Deck immer mit Deckel A und Küchenpapier ab und stell es an einen kühleren Ort. Schimmeligen Sirup wegschütten.

Sicherheit

• Der Sirup erreicht 103–105 °C und klebt an der Haut: Er verbrennt viel stärker als kochendes Wasser. Nur ein Erwachsener erhitzt und gießt ihn ein, mit Topfhandschuhen, und die Kinder bleiben 1 m vom Herd entfernt.
• Stell das Glas beim Eingießen auf ein Tuch: Kaltes Glas kann zerspringen, wenn sehr heißer Sirup hineinkommt (noch ein Grund, ihn abkühlen zu lassen).
• Die Kristalle sind nur essbar, wenn alles sauber war und es keinen Schimmel gab; an der Büroklammer wird nie gelutscht, und sie wird nie gegessen.
• Sie sind reiner Zucker: Iss sie als gelegentliche Süßigkeit und putz dir danach die Zähne.
• Büroklammern und Kristallstücke sind klein: außer Reichweite von Kindern unter 3 Jahren.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Heißes Wasser ist wie ein Rucksack, der sich dehnt: Da passen ganz viele Zuckerkörner hinein. Wenn es abkühlt, schrumpft der Rucksack und kann nicht mehr so viel tragen, also muss der übrige Zucker heraus. Und er sucht sich einen Platz, an dem er sich festhalten kann: die kleinen Impfkristalle, die wir an den Faden geklebt haben. Dort legen sich die Zuckermoleküle ganz ordentlich aneinander, wie Ziegel in einer Mauer, einer auf den anderen. Darum wachsen Kristalle mit glatten Flächen und geraden Ecken.

Für Erwachsene

Die Löslichkeit von Saccharose steigt stark mit der Temperatur: ≈ 200 g pro 100 ml Wasser bei 20 °C und ≈ 480 g bei 100 °C. Unser Rezept (600 g in 250 ml, also 240 g/100 ml) ist bei etwa 35–40 °C gesättigt und wird beim Abkühlen auf Zimmertemperatur übersättigt; zusätzlich konzentriert die langsame Verdunstung durch die Luftlöcher die Lösung weiter. Eine übersättigte Lösung ist metastabil: Der Überschuss fällt nur aus, wenn es Keime gibt, an denen er beginnen kann (heterogene Keimbildung). Die rauen, bereits kristallinen Impfkristalle am Faden bieten die Oberfläche mit der geringsten Energie, deshalb wachsen die Kristalle dort: Die Moleküle lagern sich einzeln an den Plätzen des monoklinen Kristallgitters der Saccharose an, das Kristalle mit glatten Flächen ergibt. Bei schnellem Abkühlen oder bei Staub, ungelösten Körnern oder Erschütterungen entstehen viele Keime und man erhält viele kleine statt weniger großer Kristalle. Den Sirup bei 40–50 °C einzugießen ist ein Kompromiss: Über der Sättigungstemperatur lösen sich die Impfkristalle wieder auf; weit darunter ist die Übersättigung so hoch, dass alles am Boden auskristallisiert.

• lösen: wenn sich ein Feststoff mit einer Flüssigkeit vermischt und unsichtbar wird, wie Zucker in Wasser.
• gesättigte Lösung: Wasser, das bei dieser Temperatur keinen Zucker mehr lösen kann.
• übersättigt: Wasser mit mehr Zucker, als es eigentlich halten kann; es will ihn unbedingt loswerden.
• Kristall: Feststoff, dessen Moleküle in geometrischer Form geordnet sind, mit glatten Flächen.
• Impfkristall (Keim): kleines Korn, an dem ein Kristall zu wachsen beginnt.
• Verdunstung: wenn Wasser nach und nach zu Dampf wird und in die Luft entweicht.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene macht alles in der Küche. Das Kind impft den Faden, bringt die Büroklammer und Deckel A an und macht das tägliche Foto. Statt in mm zu messen, vergleicht es jedes Foto mit dem vorherigen: „Ist sie dicker geworden?“
• 8–10 Jahre: Sie wiegen den Zucker ab und messen das Wasser, bauen Faden und Skala auf und tragen jeden Tag in die Tabelle ein. Führe die Wörter lösen, gesättigt und Kristall ein.
• 11–12 Jahre: Sie berechnen die Konzentration (g pro 100 ml) und vergleichen sie mit der Löslichkeitskurve. Sie zeichnen das Wachstumsdiagramm und machen den Zeitraffer aus den Fotos. Challenge: verschiedene Eingießtemperaturen ausprobieren und das Ergebnis erklären.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams zu 3–4 mit 1 Glas und 1 Faden pro Team. Der Erwachsene bereitet zu Hause oder in der Schulküche einen Topf mit 3 kg Zucker und 1,25 l Wasser zu (5-faches Rezept, für 10 Gläser) und gießt ihn abgekühlt im Klassenzimmer ein. Vor der Einheit: Fäden impfen (kann in der vorherigen Einheit sein, 15 min) und Deckel A ausschneiden. Einheit von 40 min an Tag 1 und eine Woche lang täglich 5 min Messen; am Ende Vergleich und gemeinsames Diagramm an der Tafel.

Challenges

• Züchte den größtmöglichen Einzelkristall: Such dir an Tag 7 den besten aus, binde ihn an einen dünnen Faden und häng ihn in frischen Sirup (Impfkristall-Technik).
• Mach einen 7-Tage-Zeitraffer aus den täglichen Fotos.
• Probiere Holzspieß, Baumwollfaden und Pfeifenreiniger aus: Wo wachsen sie am besten?
• Züchte Kristalle aus Salz, Zucker und Natron und vergleiche ihre Formen mit der Lupe.
• Berechne, wie viel Gramm Zucker auf den Faden übergegangen sind, indem du ihn vorher und nachher wiegst.

Weitere kostenlose Projekte

• Bunte Milch, die sich bewegt
• Bunte Nelken
• Geheimbotschaften mit Zitronensaft
• Gespenster, die sich selbst aufblasen
• Hüpfendes Ei ohne Schale
• Lavalampe mit Öl und Brausetablette
• Limo-Mentos-Fontäne
• Riesenschaum mit Hefe
• Rosinen, die auf- und absteigen
• Schaumvulkan
• Selbstgemachter Slime
• Säure-Indikator aus Rotkohl
• Versteckte Farben in der Tinte
• Würfelförmige Salzkristalle

Alle Projekte ansehen