Würfelförmige Salzkristalle

Was das Kind lernt

• Was Auflösen ist und was eine gesättigte Lösung ist: Wasser nimmt nur etwa 36 g Salz pro 100 ml auf.
• Dass gelöstes Salz nicht verschwindet: Es erscheint wieder als Kristalle, wenn das Wasser verdunstet.
• Dass Salzkristalle Würfel sind, weil sich ihre Teilchen in einem würfelförmigen Gitter anordnen.
• Dass ein „Impfkristall“ (kleiner Kristall) dafür sorgt, dass das Salz an einer bestimmten Stelle wächst statt überall.
• Einen langsamen Vorgang Tag für Tag zu messen und aufzuschreiben und ein Diagramm zu zeichnen.

Vorher vorbereiten

• Stelle zwei Tage vorher die Impfkristalle her: Löse 1 Esslöffel Salz in 3 Esslöffeln heißem Wasser auf, gieß es auf einen dunklen flachen Teller und stell ihn ans Fenster. In 1–2 Tagen erscheinen Würfelchen von 2–3 mm.
• Impfe am selben Tag den Faden: Tauche ihn in dasselbe Salzwasser und lass ihn hängend trocknen; er wird mit kleinen Kristallen bedeckt sein.
• Spüle das Glas mit heißem Wasser aus und trockne es gut ab: Fett oder Seifenreste lassen das Salz an der falschen Stelle kristallisieren.
• Such einen Platz: ein Regal bei Zimmertemperatur (20–25 °C), ohne Zugluft, wo niemand das Glas 2–3 Wochen lang bewegt, außer Reichweite kleiner Kinder.
• Drucke die Klammer A und die Skala B aus und schneide sie aus.

Materialien und Werkzeuge

• Salz ohne Zusätze — ≈ 150 g (110–120 g für die Lösung, der Rest zum Impfen)
  grobes Meersalz oder Speisesalz OHNE Rieselhilfe und Jod (schau aufs Etikett: nur „Salz“)
• Leitungswasser — 300 ml
  auf 60–70 °C erhitzt (dampft, kocht aber nicht)
• Glas — 1 (+1 Topf oder Krug zum Auflösen)
  500 ml, weite Öffnung, sauber und trocken (z. B. ein Marmeladen- oder Gemüseglas)
• Baumwollfaden — 30 cm
  Baumwolle oder raue, dünne Wolle (die Kristalle halten besser als an Nähgarn aus Polyester)
• Bleistift oder Stäbchen — 1
  länger als die Öffnung des Glases
• Kleine Glasperle — 1
  8–10 mm (1–2 g), aus dem Bastelbedarf: dient als Gewicht, damit der Faden gerade hängt, sinkt in der Salzlake und rostet nicht
• Küchenpapier — 1 Blatt
  zum Abdecken des Glases: lässt verdunsten, aber hält Staub fern
• Gummiband — 1
  ein Büro-Gummiband, um das Küchenpapier am Glashals festzuhalten
• Dunkler flacher Teller — 1
  um durch Verdunstung Impfkristalle herzustellen
• Lebensmittelfarbe (optional) — 2–3 Tropfen
  für das Farbexperiment

Werkzeuge

• Topf und Herd oder Wasserkocher — das Wasser auf 60–70 °C erhitzen Erwachsene
• Küchenwaage — das Salz abwiegen
• Messbecher — 300 ml Wasser abmessen
• Löffel — umrühren bis zur Sättigung
• Lupe — die Würfelform der Kristalle ansehen
• Lineal oder die Skala B — die Kristalle jeden Tag messen

Teile und Vorlagen

• A · Fadenklammer (Brücke) ×1 — Fotokarton 200 g oder dünner Karton
• B · Skala zum Messen der Kristalle ×1 — Papier 80 g oder Fotokarton

Schritt für Schritt

1. Erhitze das Wasser Erwachsene

   Ein Erwachsener erhitzt 300 ml Wasser in einem Topf auf 60–70 °C: wenn es dampft und am Boden kleine Bläschen aufsteigen, aber bevor es kocht. Schalte den Herd aus.

   Tipp: Wenn du ein Küchenthermometer hast, umso besser: Heißer hilft beim Salz nicht.

2. Löse das Salz auf Erwachsene

   Gib 100 g Salz dazu und rühre 2 Minuten. Gib danach jeweils 5 g (einen gestrichenen Teelöffel) dazu und rühre jedes Mal 1 Minute, bis am Boden Körner bleiben, die sich nicht auflösen. Insgesamt werden es etwa 110–120 g.

   Prüfe: Nach 2 Minuten Rühren sind am Boden immer noch Körner zu sehen: Die Lösung ist gesättigt.

3. Absetzen lassen und umfüllen Erwachsene

   Lass es 5 Minuten stehen, damit sich die Körner absetzen. Gieß langsam nur die klare Flüssigkeit in das 500-ml-Glas und lass die Körner im Topf. Ist sie trüb, gieß sie durch einen Kaffeefilter oder Küchenpapier.

   Prüfe: Am Boden des Glases liegt kein einziges Salzkorn.

4. Bereite den geimpften Faden vor

   Nimm den geimpften Faden (mit anhaftenden Kriställchen) oder binde einen Impfkristall von 2–3 mm vom Teller mit einem Doppelknoten an ein Ende. Wenn der Faden nicht gerade hängt, binde 1 cm unter dem Impfkristall eine Glasperle von 8–10 mm an: Sie wiegt gerade genug, sinkt und rostet nicht (eine Eisen-Büroklammer rostet in der Salzlake und verfärbt die Kristalle).

   Tipp: Wenn du keinen Impfkristall hast, tauche den Faden in die Lösung, föhne ihn 2 Minuten trocken und wiederhole das 3-mal.

5. Häng den Faden ein

   Steck das andere Ende des Fadens in den Schlitz der Klammer A (oder binde es an die Mitte des Bleistifts) und lege sie quer über die Öffnung des Glases. Stell die Höhe so ein, dass der Impfkristall 2 cm über dem Boden und 2 cm von den Wänden entfernt hängt.

   Prüfe: Der Faden berührt weder Boden noch Wände; der Impfkristall ist vollständig eingetaucht.

6. Deck es mit Papier ab

   Leg ein Blatt Küchenpapier über die Öffnung des Glases, über die Klammer, und halte es mit einem Gummiband fest. So verdunstet das Wasser, aber es kommt kein Staub hinein.

7. Wähle einen ruhigen Platz

   Trag das Glas vorsichtig zu einem Regal bei Zimmertemperatur (20–25 °C), ohne Zugluft oder direkte Sonne, wo es niemand anfasst. Klebe das Protokollblatt und die Skala B daneben.

8. Beobachte und miss jeden Tag

   Schau dir das Glas jeden Tag zur selben Uhrzeit an, ohne es zu bewegen. Miss mit der Skala B die Kantenlänge des größten Kristalls und notiere auch den Wasserstand (zieh einen Strich mit Filzstift aufs Glas).

   Prüfe: Nach 2–3 Tagen sind schon Würfelchen von 2–4 mm am Faden, und der Wasserstand ist um einige Millimeter gesunken.

9. Entferne die Kruste am Rand

   Wisch alle 3 Tage mit einem feuchten Papier die weiße Kruste ab, die oberhalb des Wassers am Glasrand hochkriecht: Sie stiehlt deinem Kristall Salz. Pass dabei auf, dass du den Faden nicht bewegst.

10. Entferne die konkurrierenden Kristalle Erwachsene

    Wenn sich am Boden oder an anderen Stellen des Fadens Kristalle bilden, nimm nach einer Woche den Faden heraus, entferne die kleinen, füll die Flüssigkeit in ein sauberes Glas um (die vom Boden bleiben zurück) und häng den Faden wieder ein.

    Tipp: Wenn der Wasserstand stark gesunken ist, gib neue, bereits abgekühlte gesättigte Lösung dazu, niemals reines Wasser: Es würde deinen Kristall auflösen.

11. Nimm den Kristall heraus und trockne ihn

    Nach einer Woche (oder nach 3 Wochen für große Kristalle) nimmst du den Faden heraus, tupfst ihn mit Küchenpapier ab, ohne zu reiben, und lässt ihn 1 Stunde hängend trocknen. Bewahre ihn in einer trockenen Schachtel auf: Feuchtigkeit löst ihn auf.

12. Schau ihn mit der Lupe an

    Betrachte den Kristall mit einer Lupe: Such nach quadratischen Flächen und Kanten im 90°-Winkel. Manche haben die Form einer hohlen Pyramide („Trichterkristalle“). Zeichne in dein Heft, was du siehst.

Funktioniert es? Der Test

Miss jeden Tag zur selben Uhrzeit mit der Skala B die Kantenlänge des größten Kristalls und den Wasserstand im Glas. Fotografiere das Glas immer von derselben Stelle aus.

Was passieren soll: Nach 2–3 Tagen erscheinen Würfelchen von 2–4 mm am Faden; nach 7 Tagen Würfel von 5–10 mm; nach 2–3 Wochen Trauben von 1,5–2 cm. Der Wasserstand sinkt je nach Luftfeuchtigkeit in der Wohnung um 1–3 mm pro Tag: Das ist das Wasser, das verdunstet und das Salz zurücklässt.

Wenn etwas nicht klappt

• Nach 3–4 Tagen bildet sich kein einziger Kristall am Faden — Lösung nicht gesättigt (zu wenig Salz) oder Faden nicht geimpft. Lösung: Gib Salz dazu, bis am Boden etwas übrig bleibt, füll erneut um und impfe den Faden mit Kriställchen.
• Die Kristalle wachsen am Boden statt am Faden — Es sind ungelöste Salzkörner im Glas geblieben. Lösung: Füll die Flüssigkeit ohne die Körner in ein sauberes Glas um und häng den Faden wieder ein.
• Es bildet sich eine weiße Kruste statt durchsichtiger Würfel — Salz mit Rieselhilfe oder Jod, oder zu schnelle Verdunstung (Heizkörper, Sonne). Lösung: Verwende Salz ohne Zusätze und stell das Glas an einen zimmerwarmen, nicht heißen Platz.
• Der Kristall ist verschwunden oder kleiner geworden — Es wurde reines Wasser nachgegossen, oder der Raum wurde plötzlich sehr warm. Lösung: Füll nur mit kalter gesättigter Lösung nach und vermeide plötzliche Temperaturwechsel.
• Eine Kruste kriecht an den Wänden hoch und aus dem Glas heraus — Das ist normal: Die Lösung steigt durch Kapillarwirkung hoch und verdunstet am Rand. Lösung: Wisch den Rand alle 3 Tage mit feuchtem Papier ab; etwas Öl am Rand bremst sie.
• Viele kleine Kristalle statt eines großen — Zu viele Wachstumspunkte am Faden. Lösung: Lass nur einen Impfkristall: Entferne die übrigen Kriställchen und verwende oberhalb des Impfkristalls einen glatten Faden.

Sicherheit

• Wasser mit 60–70 °C verbrüht: Ein Erwachsener erhitzt es, mischt es und füllt es um. Die Kinder warten, bis das Glas Zimmertemperatur hat, bevor sie es anfassen.
• Stell das heiße Glas auf ein Tuch, nicht auf eine kalte Fläche (das Glas kann springen).
• Die Lösung ist sehr salzig: nicht trinken. Stell das Glas außer Reichweite kleiner Kinder und Haustiere.
• Salz reizt Augen und Wunden: Wasch dir die Hände, nachdem du den Faden oder die Lösung angefasst hast.
• Am Ende kannst du die übrige Lösung mit viel Leitungswasser ins Spülbecken gießen; lose Kristalle kommen in den Müll.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Wasser kann Salz in sich verstecken, wie ein Rucksack, der Sachen aufbewahrt, aber der Rucksack hat eine bestimmte Größe: Wenn kein Salz mehr hineinpasst, sagen wir, er ist gesättigt. Nach und nach entweicht das Wasser im Glas in die Luft, der Rucksack wird kleiner, und das Salz, das nicht mehr hineinpasst, muss heraus. Beim Herauskommen ordnen sich die Salzteilchen ordentlich nebeneinander an, wie Bausteine, und bilden Würfelchen. Wenn wir ihnen ein Kriställchen am Faden geben, kleben sie sich alle dort an und lassen es wachsen.

Für Erwachsene

Natriumchlorid löst sich in Wasser, indem es in Na⁺- und Cl⁻-Ionen zerfällt, die von Wassermolekülen umgeben sind. Seine Löslichkeit beträgt ≈ 35,9 g/100 ml bei 20 °C und ≈ 37 g/100 ml bei 60 °C: Sie ändert sich mit der Temperatur kaum, anders als bei Zucker (≈ 200 g/100 ml bei 20 °C und ≈ 290 g bei 60 °C) oder Alaun. Deshalb erzeugt Abkühlen bei Salz kaum Kristalle: Die für das Wachstum nötige Übersättigung entsteht durch das Verdunsten des Lösungsmittels (in einer typischen Wohnung verdunsten in einem offenen Glas 1–3 mm Wasserhöhe pro Tag). Ist die Lösung leicht übersättigt, lagern sich die Ionen bevorzugt an bereits vorhandenen Kristalloberflächen an (heterogene Keimbildung), weil die Bildung eines neuen Keims mehr Energie kostet: daher die Bedeutung des Impfkristalls, eines sauberen Glases und keiner Körner am Boden, die um das Salz konkurrieren würden. Das Kristallgitter von NaCl ist kubisch-flächenzentriert, und die makroskopische Tracht ist der Würfel; bei schnellem Wachstum an der Oberfläche entstehen „Trichterkristalle“ (hohle Pyramiden), weil die Kanten schneller wachsen als die Mitte der Flächen. Rieselhilfen wie Natriumferrocyanid (E 535) verändern das Wachstum und erzeugen dendritische Formen. Langsames Wachstum (stabile Temperatur, mäßige Verdunstung, keine Erschütterungen) ergibt weniger, aber größere und durchsichtigere Kristalle.

• auflösen: wenn sich ein Stoff im Wasser in so winzige Teilchen verteilt, dass man sie nicht mehr sieht.
• gesättigte Lösung: Wasser, das schon so viel Salz enthält, wie es aufnehmen kann.
• Verdunstung: Das Wasser wird zu Dampf und entweicht in die Luft, das Salz bleibt zurück.
• Kristall: ein Festkörper, dessen Teilchen in einer sich wiederholenden Ordnung angeordnet sind, wie Fliesen.
• Impfkristall: ein kleiner Kristall, an dem ein größerer wächst.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene bereitet Lösung und Glas vor. Das Kind stellt die Impfkristalle auf dem Teller her (es liebt es, sie entstehen zu sehen), hängt den Faden ein und zeichnet jeden Tag, was es sieht, statt zu messen.
• 8–10 Jahre: Sie wiegen das Salz ab, zählen die Teelöffel bis zur Sättigung und messen den Kristall jeden Tag mit der Skala. Sie vergleichen Salz und Zucker.
• 11–12 Jahre: Sie berechnen die Konzentration (g Salz pro 100 ml), protokollieren Größe und Wasserstand, zeichnen ein Diagramm und setzen die Masse des verdunsteten Wassers in Beziehung zum abgelagerten Salz. Challenge: einen einzigen, gut geformten Kristall aus nur einem Impfkristall züchten.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams aus 3–4 Kindern mit einem Glas pro Team, alle auf demselben Regal im Klassenzimmer. Die Lehrkraft bereitet die gesättigte Lösung für die ganze Klasse vor (1,5 l Wasser und ≈ 560 g Salz) und verteilt sie bereits umgefüllt und abgekühlt. Zwei Tage vorher macht jedes Team seinen Teller mit Impfkristallen. Einheit von 40 min: 10 min Auflösen und Sättigen als Vorführung, 20 min Faden impfen und einhängen, 10 min Protokollblatt vorbereiten. Danach 2 Wochen lang täglich 5 min Messen im Wechsel. Jedes Team kann eine Variable ändern (Platz, Farbe, Salz oder Zucker), um am Ende zu vergleichen.

Challenges

• Züchte einen einzelnen würfelförmigen Kristall von mehr als 1 cm, ohne dass andere daran kleben.
• Lass Kristalle auf einem Pfeifenreiniger wachsen, den du zu einem Stern oder deinem Anfangsbuchstaben gebogen hast.
• Berechne, wie viel Salz sich abgelagert hat: Wiege den Faden vorher und nachher und vergleiche es mit dem verdunsteten Wasser.
• Probiere es mit Alaun (aus der Apotheke oder Drogerie): Er bildet beim Abkühlen große, durchsichtige Oktaeder.
• Besuche einen Salzgarten (oder such Fotos davon) und erkläre, wie dort Salz aus Meerwasser gewonnen wird.

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
• Kandiszucker-Kristalle am Faden

Alle Projekte ansehen