Versteckte Farben in der Tinte

Was das Kind lernt

• Dass viele Farben (vor allem Schwarz und Braun bei Filzstiften) Mischungen aus mehreren Tinten sind.
• Dass Wasser durch Kapillarwirkung von selbst im Papier nach oben steigt, durch die Lücken zwischen den Fasern.
• Dass jede Tinte unterschiedlich schnell wandert, je nachdem, wie gut sie sich im Wasser löst und wie stark sie am Papier haftet – und sich so trennt.
• Die Strecke jeder Farbe zu messen und mit der des Wassers zu vergleichen (Rf).

Vorher vorbereiten

• Druck die Vorlage A auf normales Papier und schneide sie aus: Sie dient als Schablone, um die Streifen aus dem Filter zu schneiden.
• Öffne die Kaffeefilter an den Nähten, damit du flache Blätter hast.
• Prüfe, ob die Filzstifte Tinte auf Wasserbasis haben: Mal einen Strich auf ein Papier und befeuchte ihn mit dem Finger; wenn er verläuft, ist er geeignet.
• Markiere außen an jedem Glas einen Strich 10 mm über dem inneren Boden (Wasserstand).

Materialien und Werkzeuge

• Kaffeefilter — 3–4 Filter (2 Streifen pro Seite)
  aus weißem Papier, Größe 1×4 o. Ä.; die Seiten müssen ≥ 12 cm lang sein
• Filzstifte auf Wasserbasis — 3 schwarze verschiedener Marken + Braun, Grün und Lila
  Schulfilzstifte mit auswaschbarer Tinte auf Wasserbasis (nicht permanent)
• Durchsichtige Gläser — 3–6
  etwa 10,5 cm hoch und ≥ 6 cm Öffnung (Marmeladenglas, Wasserglas); ist es niedriger, wickle den Streifen weiter um den Bleistift; ist es höher, häng den Streifen an eine Klammer
• Leitungswasser — ≈ 20–30 ml pro Glas
  bis 10 mm Höhe
• Bleistifte oder Schaschlikspieße — 1 pro Glas
  länger als die Glasöffnung
• Klebeband oder Wäscheklammern — 1 pro Streifen
  um die Lasche am Bleistift zu befestigen
• Alkohol aus der Apotheke 70–96 % — 20 ml (optional)
  nur für den Versuch mit dem Permanentmarker

Werkzeuge

• Schere — die Streifen ausschneiden
• Lineal — Streifen, Wasserstand und Farbstrecken messen
• Bleistift — die Startlinie markieren und den Namen des Filzstifts schreiben
• Stoppuhr — die 15–20 min im Blick behalten

Teile und Vorlagen

• A · Chromatografie-Streifen (Schablone) ×6 — Kaffeefilter oder saugfähiges Papier

Schritt für Schritt

1. Schneide die Streifen zu

   Leg die Vorlage A auf den geöffneten Kaffeefilter, halte sie mit zwei Fingern fest und schneide rundherum. Mach 6 Streifen von 30 × 120 mm.

   Prüfe: Jeder Streifen misst 30 × 120 mm und hat keine Knicke.

2. Markiere die Startlinie

   Zieh mit Bleistift einen feinen Strich 20 mm vom unteren Ende jedes Streifens. Schreib oben, ebenfalls mit Bleistift, den Namen des Filzstifts, den du testen willst.

   Tipp: Nie mit Kugelschreiber oder Filzstift: Deren Tinte würde auch wandern.

3. Mach den Tintenpunkt

   Mach in der Mitte der Linie mit dem Filzstift einen Punkt von 3–4 mm. Lass ihn 30 Sekunden trocknen und zieh ihn noch 2-mal nach, damit er viel Tinte hat, ohne größer zu werden.

   Prüfe: Dunkler, runder Punkt, nicht größer als 4 mm.

4. Falte die Lasche

   Falte die oberen 20 mm des Streifens über den Bleistift und befestige sie mit Klebeband oder einer Wäscheklammer.

5. Stell die Höhe trocken ein

   Leg den Bleistift auf den Rand des noch leeren Glases: Die Spitze des Streifens muss 5 mm über dem Boden sein (unter der 10-mm-Markierung). Ist er zu lang, wickle den Streifen weiter um den Bleistift.

   Prüfe: Der Streifen hängt gerade und berührt die Glaswände nicht.

6. Gieß das Wasser ein

   Nimm den Bleistift mit dem Streifen heraus. Gieß Wasser bis zur 10-mm-Markierung ins Glas (ein knapper Fingerbreit). Da die Spitze 5 mm über dem Boden ist, liegt der Punkt (20 mm höher) 15 mm über dem Wasser.

7. Häng den Streifen ein

   Leg den Bleistift langsam und ohne zu spritzen wieder auf das Glas. Die Spitze des Streifens taucht 5 mm ins Wasser, und der Tintenpunkt bleibt außerhalb des Wassers.

   Prüfe: Der Punkt berührt das Wasser NICHT. Wenn doch, nimm den Streifen heraus und fang einen neuen an.

8. Warte und beobachte

   Beweg das Glas nicht. Das Wasser steigt im Papier hoch: In 10 Minuten legt es etwa 6 cm zurück, danach wird es immer langsamer. Wenn es den Punkt erreicht, nimmt es die Tinten mit, und sie trennen sich in farbige Bänder.

   Tipp: Stell mehrere Streifen gleichzeitig auf, einen pro Glas, mit verschiedenen Filzstiften.

9. Nimm den Streifen rechtzeitig heraus

   Wenn die Wasserfront (die nasse Linie) die STOP-Markierung erreicht, 1 cm unter dem Bleistift und etwa 8,5 cm über dem Wasser (15–20 min; ist sie nach 25 min nicht dort, nimm ihn trotzdem heraus), nimm den Streifen heraus und markiere mit Bleistift, wie weit das Wasser gekommen ist.

10. Trockne und miss

    Lass den Streifen 10 Minuten hängend oder auf Küchenpapier trocknen. Miss in Millimetern von der Startlinie bis zur Mitte jedes Farbbands und bis zur Wasserfront.

    Prüfe: Mindestens ein schwarzer Filzstift hat sich in 2 oder mehr Farben getrennt.

Funktioniert es? Der Test

Kaffeefilterstreifen mit einem Punkt schwarzen Filzstifts auf Wasserbasis, Spitze 5 mm in 10 mm Wasser getaucht, 15–20 Minuten lang.

Was passieren soll: Das Wasser steigt etwa 8,5 cm, bis zur STOP-Markierung (7 cm über der Startlinie). Der schwarze Punkt trennt sich in 2–4 Bänder: Meist erscheint ein Blau oder Violett nahe dem Start und Rosa, Gelb oder Türkis weiter oben (je nach Marke). Ein Filzstift mit nur einem Farbstoff (zum Beispiel Gelb) steigt als ein einziger Fleck hoch.

Wenn etwas nicht klappt

• Die Tinte geht ins Wasser und das Glas färbt sich — Der Punkt lag unter dem Wasserstand. Lösung: Nimm weniger Wasser (10 mm) oder häng den Streifen höher: Der Punkt muss mindestens 10 mm über dem Wasser liegen.
• Der Punkt bewegt sich nicht — Permanentmarker (Tinte, die sich nicht in Wasser löst). Lösung: Nimm auswaschbare Filzstifte oder probier denselben Streifen mit Alkohol statt Wasser (Versuch 3).
• Das Wasser steigt nicht oder schief — Der Streifen berührt das Wasser nicht oder berührt die Glaswände. Lösung: Stell die Höhe so ein, dass er 5 mm eintaucht und gerade in der Mitte des Glases hängt.
• Die Farben werden verschwommen und vermischt — Punkt zu groß oder doppellagiges Küchenpapier. Lösung: Mach einen kleinen Punkt (3–4 mm), mehrmals nachgezogen, und nimm Kaffeefilter.
• Alle Farben sammeln sich ganz oben — Der Streifen war zu lange drin und das Wasser hat den Bleistift erreicht. Lösung: Nimm den Streifen heraus, wenn die Front 1 cm unter dem Bleistift ist.
• Das Schwarz bleibt einfarbig — Dieser Filzstift hat nur eine schwarze Tinte. Lösung: Das ist kein Fehler: Probier andere Marken; es ist ein gutes Ergebnis zum Vergleichen.

Sicherheit

• Alkohol ist brennbar: nur mit einem Erwachsenen, in einem kleinen Glas, weit weg von offenem Feuer und bei offenem Fenster. Nicht trinken.
• Tinten färben Kleidung: Schürze oder alte Kleidung.
• Das Wasser mit Tinte kann in den Ausguss.
• Glasgefäße auf den Tisch stellen, nicht an die Kante; bei den Kleinen lieber Plastikbecher.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Papier besteht aus winzigen Fäden mit kleinen Lücken dazwischen. Das Wasser schlüpft durch diese Lücken und steigt von selbst hoch, wie wenn du die Spitze einer Serviette nass machst. Wenn das Wasser beim schwarzen Punkt ankommt, nimmt es die Tinten auf einen Ausflug mit. Aber jede Tinte ist anders: Manche lassen sich vom Wasser sehr gut mitnehmen und kommen weit, andere halten sich am Papier fest und bleiben zurück. So entdecken wir, dass das Schwarz in Wirklichkeit eine Mischung aus Blau, Rosa, Gelb … war.

Für Erwachsene

Das ist Papierchromatografie. Die stationäre Phase ist die Zellulose des Papiers (mit Wasser, das zwischen den Fasern gebunden ist), die mobile Phase ist das Wasser, das durch Kapillarwirkung aufsteigt: Die Oberflächenspannung zieht das Wasser in die Poren, die wie Röhrchen von wenigen zehn Mikrometern wirken (das Vorrücken wird mit der Zeit langsamer, ungefähr mit der Quadratwurzel der Zeit). Am Fleck löst das Wasser die Farbstoffe der Tinte. Jeder Farbstoff verteilt sich ständig zwischen dem bewegten Wasser und der Zelluloseoberfläche: Gut wasserlösliche Farbstoffe mit geringer Affinität zum Papier wandern fast mit der Front; solche, die stärker adsorbiert werden (über Wasserstoffbrücken oder ihre Ladung), bleiben zurück. Der Quotient Rf = Strecke des Farbstoffs ÷ Strecke der Front ist für jeden Farbstoff in einem gegebenen System (Papier, Lösungsmittel, Temperatur) charakteristisch und hängt nicht vom „Gewicht“ des Moleküls ab. Schwarze Tinten von Filzstiften auf Wasserbasis sind meist Mischungen aus blauen, violetten, roten und gelben Farbstoffen. Permanentmarker verwenden schlecht wasserlösliche Farbstoffe und brauchen ein weniger polares Lösungsmittel wie Alkohol. Die Methode wird in Laboren zur Identifizierung von Stoffen eingesetzt (Lebensmittelfarben, Tinten in forensischen Gutachten, Pflanzenpigmente).

• Chromatografie: Methode, um die Stoffe einer Mischung zu trennen, indem man sie durch ein Papier oder ein anderes Material wandern lässt.
• Kapillarwirkung: Aufsteigen einer Flüssigkeit durch sehr feine Lücken, wie Wasser im Papier.
• Mischung: mehrere Stoffe zusammen, die man wieder trennen kann.
• lösen: einen Stoff so in einer Flüssigkeit verteilen, dass man keine Stückchen mehr sieht.
• Front: die Linie, bis zu der das Wasser im Papier gekommen ist.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene schneidet die Streifen und stellt die Höhe ein; das Kind macht den Punkt, gießt das Wasser bis zur Markierung ein und zählt die Farben, die erscheinen. Botschaft: „Schwarz ist eine Mischung.“
• 8–10 Jahre: Sie machen den ganzen Aufbau mit der Vorlage und vergleichen 3 schwarze Filzstifte. Mit dem Lineal messen sie, wie weit jede Farbe kommt.
• 11–12 Jahre: Sie berechnen den Rf-Wert jedes Bands, inszenieren den Fall der „geheimnisvollen Nachricht“ und vergleichen Wasser mit Alkohol (mit einem Erwachsenen).

In der Gruppe oder in der Klasse

Paare, 3 Plastikbecher und 6 Streifen pro Paar (36 Becher für 24 Kinder oder gemeinsam genutzte Becher mit je 2 Streifen an zwei Bleistiften). Sammelt Filzstifte aus der Klasse und teilt jedem Paar andere Marken zu. Schneidet die Streifen vorher zu. 40 min: 10 für den Aufbau, 20 Warten (nutzt die Zeit, um die Kapillarwirkung mit einer nassen Serviette zu erklären) und 10 zum Messen und Aufkleben der Streifen auf ein gemeinsames Wandbild.

Challenges

• Erfinde eine Geheimtinte aus zwei Filzstiften und fordere jemanden heraus, mit einem Streifen herauszufinden, welche es sind.
• Schaff es, die Farben eines bunt überzogenen Bonbons zu trennen (ein Tropfen Wasser auf das Bonbon, und dieser Tropfen ist dein Punkt).
• Mach eine kreisförmige Chromatografie: Punkt in der Mitte eines ganzen Filters, das Wasser kommt über einen Docht aus gerolltem Papier. Welches Muster entsteht?
• Finde einen schwarzen Filzstift, der sich NICHT trennt, und einen, der mindestens 4 Farben ergibt.

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