Chemie

Bang Boom Bang – Feuerwerk !

Physik ist das was nie gelingt, Chemie ist das was kracht und stinkt. Jeder kennt dieses flotte Sprüchlein. Und das diese Aussage, zumindest der Teil, der sich auf die Chemie bezieht, wahr ist, kriegt man zu Sylvester regelmäßig vor Augen geführt. Feuerwerk ist eine chemische Errungenschaft, die für viele mit Silvester untrennbar verbunden ist und die nicht nur knallt und leuchtet, sondern auch für dicke Luft sorgt (sprich: auch stinkt).

2013 Fireworks on Eiffel Tower 49

Ein schwarzes Pulver für bunte Farben

Zentraler Bestandteil jedes Feuerwerks, ob Böller oder Rakete, ist Sprengstoff. Sofern man einen handelsüblichen, regelkonformen Feuerwerkskörper kauft, handelt es sich dabei um Schwarzpulver, den Urvater aller Sprengstoffe.

Berthold Schwartz, Inventeur de l'Artillerie (André Thevet, 1584)

Berthold Schwartz, Inventeur de l’Artillerie (André Thevet, 1584)

Einer Legende nach wurden Pulver und Kanone durch Zufall durch einen Franziskaner Mönch mit Namen Berthold Schwarz erfunden, als dieser bei seinen alchemistischen Experimenten in einem Mörser Salpeter, Schwefel und Holzkohle verrieb und diesen dann auf den Ofen stellte, um kurz den Raum zu verlassen. Die kurz darauf stattfindende Explosion beförderte den verwendeten Stößel an die Decke des Raums, wo sich dieser in einen Deckenbalken bohrte und selbst nach Anrufung der hl. Barbara von den herbei geeilten Mönchen dort nicht mehr herausgezogen werden konnte. In Gedenken an diese Entdeckung trägt das Pulver nun den Namen des Erfinders, kurzläufige Geschütze den Namen „Mörser“ und die heilige Barbara wurde zur Schutzheiligen der Artilleristen.

Tatsächlich haben aber wohl die Chinesen das Pulver erfunden. Und das bereits um
25 – 250 n. Chr. Besonders der Mönch Li Tian soll sich zur Zeit der Tang-Dynastie besonders um das Feuerwerk verdient gemacht haben, da er den Bahzou, den Urvater des heutigen Chinaböllers erfand: Schießpulver gefüllt in ein Bambus-Rohr. Der Knall dieses Böllers muß wohl ziemlich deftig gewesen sein, diente aber noch nicht dem Amüsement oder der Kriegskunst, sondern sollte böse Geister und Dämonen in die Flucht schlagen. Mit der Erfindung des Feuerpfeils um das 12. Jahrhundert, war dann auch die Grundlage für die Feuerwerksrakete gelegt.

Nach Europa gelangte das Schießpulver dann über den franziskanischen Forschungsreisenden Wilhelm von Rubruck, der die Rezeptur 1255 von seiner Reise zu den Mongolen mitbrachte. Feuerwerk zu Unterhaltungszwecken wurde dann irgendwann besonders bei Hofe populär. Das erste Feuerwerk auf deutschem Boden ist Kaiser Maximilian I. anlässlich des Reichstags 1506 in Konstanz zu verdanken. Der englische König setzte dem noch Eins oben drauf, indem er sich von Händel die Feuerwerksmusik komponieren ließ, die 1749 zur Uraufführung kam.

Ein Wort der Warnung…

Nun mag mancher denken, dass so ein bisschen Schwarzpulver ein lohnendes Projekt für den Hobbykeller ist. Kohlenstaub, Schwefel und Salpeter sind schnell beschafft und kosten wenig. Oder man greift zu anderen Mischungen aus Bau- & Gartenbaumarkt Artikeln, um etwas zusammen zu mixen was knallt. Der Erfindungsreichtum des Improfeuerwerkers sind keine Grenzen gesetzt. Tatsächlich kommt es erstaunlich häufig vor, dass man als Chemiker von Laien gefragt wird, ob man nicht etwas zusammen mischen kann, was richtig knallt… Nun, können kann der Chemiker sicher schon, doch tut er gut daran (genauso wie der potentielle Improfeuerwerker) die Finger von solchen Unterfangen zu lassen. Denn man sollte es sich zum Grundsatz machen, nach getaner Arbeit immer die selbe Anzahl an Fingern mit nachhause zu nehmen, die man ursprünglich mitgebracht hat.

Und damit keiner der frischgebackenen Chemiestudenten auf krumme Gedanken kommt, wurde uns vor unserem ersten Laborkurs mit ziemlich drastischen Bildern vor Augen geführt, was so alles schief gehen kann, wenn man unbedacht mit explosiven Mischungen arbeitet. Was auf dem Foto wie ein Pfund Zwiebelmett anmutete, war tatsächlich mal eine menschliche Hand.

Handwrist

Darum sollte man keine Pyrotechnik im Hobbykeller betreiben…

Aber es gibt immer Unbelehrbare… Die nur mal gucken wollten… Die nur ganz wenig hergestellt haben… Wie der eine Kollege, der zu „Forschungszwecken“ in seinem Kellerlabor ein wenig Acetonperoxid hergestellt hat und dem selbiges dann (leichte Reibung genügt) in den Händen explodiert ist… Resultat: Ein längerer Krankenhausaufenthalt und lebenslange Narben auf beiden Armen und nur noch 10 % Sehfähigkeit auf einem Auge…

Auch kommerzielle Böller sind mit Vorsicht zu genießen… Klar, sie explodieren gewiss nicht urplötzlich wie manche Eigenbauartikel, aber auch hier kann einiges schiefgehen, wenn man unsachgemäß und/oder unkonzentriert daran herumfuhrwerkt.

In meinen Augen lohnt sich das Risiko für die ganze Knallerei nicht. Ich hänge an meinen Fingern und sie hängen an mir. Und da sollen sie auch bleiben.

Feuerwerkswissenschaft

Das Pulver knallt, es befördert die Rakete gen Himmel… Zwei wichtige Funktionen der Feuerwerksrakete haben wir abgehakt. Fehlt noch der bunte Feuerzauber. Wenn wir an den Chemieunterricht in der Schule zurück denken, dann erinnern wir uns mit Sicherheit auch an die Flammenfärbung ! Eben jenes Phänomen, dass man beobachten kann, wenn man bestimmte Metallsalze in eine heiße Flamme (so z.B. einen Bunsenbrenner) einbringt.

Achtung ! Physikalischer Exkurs !
Allen Elementen ist gemeinsam, dass Sie bei ausreichend hohen Temperaturen Licht aussenden. Bei den uns interessierenden Metallen sind, sind dies bereits Temperaturen, die in einer Bunsenbrennerflamme oder eben beim Abbrand von Schwarzpulver auftreten, farbiges Licht abgeben. Durch die thermische Energie der Flamme (A) werden die Metallionen angeregt, d.h. Elektronen aus der Schale des Atoms werden aus ihrem Grundzustand auf ein energetisch höheres Niveau angehoben (B). Bekanntermaßen ist der natürliche Lauf der Dinge, dass Alles, dem viel Energie innewohnt, diese in der Regel möglichst schnell wieder abgeben will. Dies bedeutet, dass unser angeregtes Elektron wieder in seinen Grundzustand zurück fällt (C) und die überschüssige Energie wieder als Licht abgibt (D).

Hier mal eine kleine Auswahl der möglichen Farben:

Element Farbe
Lithium karminrot
Natrium gelb
Barium gelb-grün
Kupfer Smaragdgrün
Azurblau
Caesium violett
Strontium ziegelrot
Calcium orange

Letztendlich kommt in einen farbigen Feuerwerkseffekt eine komplexe Mixtur verschiedener Chemikalien, die ungefähr folgendem Grundschema ähnelt:

  • Brennstoff
  • Oxidationsmittel (Führt der Verbrennung mehr Sauerstoff zu, damit die Flamme heißer brennt)
  • Additiv zur Flammenfärbung (Salze, siehe oben)
  • Chlordonator (Sorgt für eine intensivere Färbung und kann bei manchen Metallen eine andere Farbnuance hervorrufen, z.B. Grün im Falle von Kupfer)
  • Bindemittel (damit der ganze Kladderadatsch auch zusammen hält)

Wo Licht ist da ist auch Schatten…

Doch so schön Feuerwerk auch ist, es hat auch seine Schattenseiten, von der mit ihm einhergehenden Explosionsgefahr mal abgesehen. Ist die Luft der Silvesternacht auch noch so klar, spätestens um Mitternacht ist Schluss damit. Denn alles was verbrennt, erzeugt auch Abgase. Die Holzkohle wird zu CO2, der Schwefel erzeugt Schwefeloxide & Sulfide… Tatsächlich ist die Chemie der Schwarzpulververbrennung recht komplex, bei der ein buntes Gemisch an festen und gasförmigen Produkten frei wird. Und auch die Metallsalze und sonstigen Zutaten lösen sich nicht in Wohlgefallen auf, sondern enden als Feinstaub in der Luft, fast 5000 Tonnen (!) davon… Das ist eine beachtliche Menge, angesichts der Tatsache, dass ein Staubpartikel im Schnitt einen Durchmesser von 10 µm hat und damit fast nichts wiegt.

Feinstaub in der Silvesternacht (Quelle: Umweltbundesamt), für volle Größe KLICKEN

 

Interessant ist die Karte des Umweltbundesamts, die die Feinstaubbelastung vom 1.1.2017, 1 Uhr abbildet und uns eine ungefähre Vorstellung vermitteln, wo die größten Feuerwerksenthusiasten sitzen. Der Rekordhalter 2017 ist Leipzig mit 1860 µg/m3 ! Aber man braucht keine Messstation, um einen Eindruck davon zu kriegen, denn es wird ziemlich „neblig“.

Schall gilt übrigens auch als schädliche Emission ! Denn was des Einen Freud ist, ist des anderen Leid: Ich spreche hier sicher im Sinne vieler Haustierbesitzer, deren Tierchen durch die exzessive Knallerei fast durchdrehen.

Diese Katze ist GEGEN Böllerei !

Vor lauter Nebel darf man aber eine weitere Gefahr nicht außer Acht lassen: den Fallout ! Merke: Es braucht keinen atomaren Beschuss, um Fallout zu erzeugen. Während verkohlte Papierreste einer Rakete oder eines Böllers ein vergleichsweise geringes Übel sind, kann es jedoch ziemlich unangenehm sein, wenn einem das hölzerne Leitwerk oder Plastikspitzen einer Rakete auf den Kopf knallen. Neben diesem ‚kalten Fallout‘ gibt es auch noch heißen in Form von Schlacke (Metalloxide), die zwar selten als fester Körper den Boden erreichen, aber dennoch vorkommen.

Bedient man sich statt der klassischen Rakete einer Feuerwerksbatterie (1 x anzünden, zig mal schießen) bleibt der kalte Fallout zwar aus, aber die leer geschossene Karkasse aus Pappe und Ziegelmehl bleibt auf der Erde stehen. Während diese zwar niemandem auf den Kopf fallen können, bleiben diese aber meist eine ganze Weile stehen bis sich jemand erbarmt den Müll mal wegzuräumen. Sprich: In der Nachbarschaft siehts aus wie auf der Müllkippe.

Reste vom Vortag... Feuerwerksmüll

Reste vom Vortag… Feuerwerksmüll

Besonderer Augenmerk gilt einer besonderen Form von Fallout: dem Blindgänger. So kommt es immer wieder mal vor, dass die Rakete zwar kurz abhebt, aber nicht wirklich durchzündet und dann immer noch betriebsbereit auf dem Boden zu liegen kommt. Nun ist es nicht gerade ungefährlich diese Blindgänger zu beseitigen und deswegen bleiben sie oft liegen. Sehr zur Freude vieler Jugendlicher, die den Neujahrstag damit verbringen die Hinterlassenschaften der Silvesternacht nach solchen Versagern abzusuchen, um diese dann irgendwelchem Unfug zuzuführen. Das natürlich mit den Fundstücken kein sicheres Hantieren möglich ist, liegt auf der Hand. Daher kann man nur an alle Feuerwerksenthusiasten appellieren, entsprechende Hinterlassenschaften sicher zu beseitigen. So empfiehlt z.B. Feuerwerk.net:

Bei stehengebliebenen Feuerwerkskörpern jeglicher Art sollte vor einer Annäherung mindestens 15-30 Minuten gewartet werden. Mörser und Batterien werden nicht untersucht (mögliche versteckte Funken/Glut, Hang Fire), sondern mit viel Wasser aufgefüllt, Fontänen, Silvester-Knallkörper usw. in Wassereimern „ertränkt“.
— Quelle: Feuerwerk.net

Dennoch will ich Feuerwerk keinem madig machen. Auch ich erfreue mich an einer virtuos durchgeführten Feuerwerksshow. Wohlgemerkt solche mit buntem Funkenregen… Rohe Böllerei ist meiner Meinung nach einfach nur unnötiger Krach. Und selbst, wenn man jetzt den Einwand erhebt, man wolle damit die bösen Geister vertreiben… Glauben Sie allen Ernstes, dass sich Dämonen von ein bisschen Krach in die Flucht schlagen lassen ? Jeder Horrorfilm belehrt einen eines Besseren…

Also weg von der exzessiven Knallerei. Warum nicht einfach statt des ungelenkten Jedermann-Feuerwerks eine organisierte Show durch Profis mit entsprechenden Effekten ? Der Profi ist in sicherem Umgang geschult und sein Feuerwerk ist eh spektakulärer als das im Baumarkt verkaufte. Konsequenz: Weniger Müll, weniger Feinstaub, weniger Verletzte und trotzdem eine gute Show.

In diesem Sinne allen Lesern ein frohes und gesundes Jahr 2018 !

 

Süßes mal anders

Zucker… Schnelle Energie und in geeigneter Form auch Nahrung für Nerven und Seele (Schoki, Kekse & sonstiger Süßkram). Doch Zucker freut nicht nur die Naschkatze, sondern auch den Zahnarzt. Und die Kalorien (die kleinen Tierchen, die Nachts die Kleidung enger nähen). Deswegen versucht so mancher Zucker in seiner Ernährung zu reduzieren oder sogar ganz zu verbannen. Süßstoff ist das Zauberwort: Aspartam, Cyclamat, Sorbitol… Sehen wir uns also diese künstlichen Zusatzstoffe mal etwas näher an…

Süßes !

Süßes !

Der Vorteil von Süßstoffen ist, dass sie nur einen geringen Brennwert haben und auch kein Karies auslösen sollen, da die Bakterien in unserem Mund diese nicht verstoffwechseln können…

Exkurs: Karius & Bactus

Was machen die Bakterien mit dem Zucker im Mund ? Sie bauen Zucker wie Glucose (Traubenzucker), Fructose und Saccharose (Haushaltszucker) zu organischen Säuren wie z.B. Milchsäure ab. Und wie selbst Lieschen Müller weiß, kann man mit Säure Dinge auflösen… So z.B. auch unseren Zahnschmelz…

Besagte Vorteile der Süßstoffe werden auch dadurch verstärkt, dass sie um Einiges süßer sind als herkömmlicher Zucker1:

Süßstoff Süßkraft
Aspartam 200
Acesulfam-K 130–200
Cyclamat 30–50
Saccharin 300–500
Sucralose 600
Advantam 13000
Steviosid 200–300

Wenn wir also für Saccharose eine Süßkraft von 1 zugrunde legen, dann ist Aspartam z.B. 200x süßer als Zucker. Der experimentelle Süßstoff Lugdunam, der allerdings nicht öffentlich erhältlich ist, besitzt den Rekordwert von bis zu 300.000x ! Bei einer solchen Süße können diese Stoffe also in sehr geringer Konzentration eingesetzt werden, so daß ihr eigener Brennwert zu vernachlässigen ist. Dennoch ist der Brennwert einer Süßstofftablette nicht Null, da bei der Herstellung der Tablette noch weitere Zutaten involviert sind, in die der Süßstoff zur Verdünnung quasi „eingebettet“ ist. Hier mal als Beispiel die Angaben für ein gängiges in Deutschland erhältliches Süßungsmittel auf Aspartam & Acesulfam-K Basis:

Geschichtliches

Wer denkt, dass Süßstoffe eine Erfindung der neuzeitlichen Nahrungsmittelindustrie ist, der täuscht sich. Schon die Römer griffen sozusagen zu „Zuckerersatzstoffen“. Da reiner Zucker recht kostbar war (nur Honig war einfach verfügbar), griff man gerne zu sogenanntem Defrutum, eingekochtem Traubenmost.

Römer beim "bleischweren" Gelage

Römer beim „bleischweren“ Gelage

Dieser wurde zur Verstärkung der Süßkraft in Bleigefäßen zubereitet. Die im Most enthaltene Essigsäure löst Blei an, wodurch das Salz Blei(II)Acetat erhalten wird, welches wegen seines süßen Geschmacks auch unter dem Namen Bleizucker bekannt ist. Es ist natürlich mittlerweile nicht erstaunlich, dass dies nicht gerade gesundheitsförderlich ist, da Blei ein giftiges Schwermetall ist. Dennoch blieb Bleizucker bis ins 19. Jahrhundert in Gebrauch, z.B. zum Panschen von saurem Wein. Ein Opfer dieser ungesunden Praxis könnte der Komponist Beethoven sein, dessen Todesursache mit solchem Wein in Verbindung gebracht wird, auch wenn dies kontrovers diskutiert wird.

Saccharin & Cyclamat – Süßer Zufall

Der erste „künstliche“ Süßstoff ist das Saccharin, welches 1878 durch den Chemiker Constantin Fahlberg entdeckt wurde, als diesem beim Abendbrot auffiel, dass seine Hände und Arme trotz vorherigen Waschens eine süße Anhaften aufwiesen, worauf dieser konstatierte:

„Es konnte kein anderer Umstand hier mitgewirkt haben, als dass ich sie mir, trotz des Waschens, von meiner Arbeit aus dem Laboratorium so mitgebracht hatte. Ich lief ins Laboratorium zurück und durchkostete meine sämtliche Becher, Gläser und Schalen〔…〕“

American Chemical Journal. 1 (6): 426

American Chemical Journal. 1 (6): 426

Das Unterfangen diesen Stoff als Zuckeralternative zu vermarkten (1/3 billiger als Rübenzucker, bezogen auf die Süßkraft), stieß natürlich auf wenig Gegenliebe bei der Zuckerindustrie, weshalb diese einen Apothekenzwang erwirkte, woraufhin der Süßstoff nur noch auf Rezept erhältlich war. Überhaupt war Saccharin nur ein mäßiger Erfolg im privaten Haushalt, da es aufgrund seiner „starken Wirksamkeit“ nur schwer zu dosieren sei und sich auch nicht zum bestäuben von Kuchen eignete. Der Durchbruch kam erst später, als bedingt durch den 1. Weltkrieg richtiger Zucker knapp wurde.

Ebenfalls eine Zufallsentdeckung ist Cyclamat. Auch hier war ein schwerer Sicherheitsverstoß im Labor Mutter der Entdeckung. Der Amerikaner Michael Sveda, eigentlich auf der Suche nach fiebersenkenden Wirkstoffen, entdeckte, dass eine auf der Laborbank abgelegte Zigarette, einen süßen Geschmack angenommen hatte. Eine etwas entschärfte Version kann man in der New York Times nachlesen:

Dr. Sveda, who once told The New York Times in an interview that „God looks after damn fools, children and chemists,“ credited providence for his discovery of cyclamates. In 1937, while doing lab work for his doctorate at the University of Illinois, he brushed his lips without having washed his hands and found that his fingers tasted sweet. Intrigued, he tasted chemicals from all the beakers in front of him and discovered the compound that he eventually refined into the sweetener.

Andererseits war das Rauchen im Labor damals nichts Verwerfliches und Geschmacksproben (wie wir schon beim Saccharin gesehen haben) durchaus an der Tagesordnung. Etwas makaber erscheinen die Geschmacksanalysen wagemutiger Pharmazeuten, wie Erich Lück in der Chemie in unserer Zeit3 berichtet:

Furchtlose Pharmazeuten unterschieden bis

Mitte des 20. Jahrhunderts die beiden extrem bitteren Naturstoffe Chinin und Strychnin am Abgang: Die Bitterkeit von Chinin ließ relativ schnell nach, während die von Strychnin auch ein Mittagessen überdauerte.

Auch wenn das Cyclamat von der Süßkraft dem Saccharin unterlegen ist, hat es einen entscheidenden Vorteil: Während Saccharin einen leicht metallischen Geschmack besitzt, ist Cyclamat frei davon. Daher werden gerne Gemische von Cyclamat und Saccharin (10:1) eingesetzt, welche die Vorteile beider vereinen. Cyclamt bzw. sein Gemisch waren dann auch die ersten Vertreter, die zum Süßen von Cola & Limonaden verwendet wurden, z.B. im ersten Diät-Getränk mit dem bezeichnenden Namen No-Cal (Man beachte die vollmundige Aussage „Absolutely Non-Fattening“ !)

No-Cal Werbung (aus: Woman's Day 1954)

No-Cal Werbung (aus: Woman’s Day 1954)

Süße aus Aminosäuren

Der dritte Süßstoff, dem man im Alltag häufig begegnet ist Aspartam, einem Molekül, dass sich aus den Aminosäuren Phenylalanin und Asparaginsäure zusammensetzt. Und wieder war Kollege Zufall an der Entdeckung beteiligt, als James Schlatter an einer Synthese für das Hormon Gastrin arbeitete. Als diesem beim Versuch einen Synthesebaustein bestehend aus besagten zwei Aminosäuren mit dem Alkohol Methanol zu verestern, die Reaktionsmischung überkochte, gelangte etwas vom Reaktionsprodukt auf seine Hände. Der Rest der Geschichte dürfte bereits bekannt sein. Da die beteiligten Aminosäuren auch in unserer Nahrung gefunden werden können, ist es erst einmal nicht abwegig anzunehmen, dass ein solcher Süßstoff ungiftig ist. Dennoch sollte es zu einer hitzigen Diskussion über eine etwaige Schädlichkeit kommen…

Süßes Gift ?

Nun ist das was man daheim im stillen Kämmerlein verkostet eine Sache, wenn man jedoch einen neuen Lebensmittelzusatzstoff an die Massen verfüttern möchte eine deutlich andere. Solche Zusatzstoffe müssen nicht nur einen Zulassungsprozess durchlaufen, sondern sind immer wieder Objekt von Studien hinsichtlich ihrer Schädlichkeit.

In dem Zusammenhang kam auch mehrfach schon die Diskussion auf, ob bestimmte Süßstoffe krebserregend sind. So sahen sich die Hersteller von Saccharin und Cyclamat in den 60ern und frühen 70ern dem Vorwurf ausgesetzt, dass diese Süßstoffe Blasenkrebs bei Ratten auslösten. Bei Beiden Saccharin war man ursprünglich von ihrer Unschädlichkeit ausgegangen, da sie unverändert über den Harn ausgeschieden werden. Nun tauchten aber gerade in der Blase der Versuchsratten krebsartige Veränderungen auf.

Konsequenz des ganzen war ein Verbot von Cyclamat in den USA und ein Verbot von Saccharin in Kanada, sowie die Auflage, dass süßstoffhaltige Lebensmittel mit einem Warnhinweis zu kennzeichnen seien.

Diese Studien sind jedoch nicht unproblematisch: Zum Einen wurden die Ratten mit abenteuerlich hohen Mengen an Süßstoffen gefüttert: Den Ratten wurden täglich 2.5 g Cyclamt/kg Körpergewicht zugeführt, was auf den Menschen umgerechnet einem täglichen Verzehr von 330 Dosen süßstoffhaltiger Limonade entspricht !

Lange Rede, kurzer Sinn: Neuere Studien waren nicht in der Lage diese Ergebnisse zu reproduzieren, weswegen heute in Fachkreisen vermutlich mit Recht angenommen wird, dass diese Süßstoffe, sofern man nicht große Mengen davon zu sich nimmt unbedenklich sind.

Für das Aspartam ist die Kontroverse ähnlich, wobei auch hier die Fachwelt davon ausgeht, das Aspartam kein Krebs auslöst. Einen interessanten Nebeneffekt besitzt Aspartam aber dennoch: Studien aus den Jahren 1993 und 2014 konnten zeigen, dass bei Probanden nach einer Einnahme von 25 mg Aspartam / kg Körpergewicht eine deutliche Verschlechterung der Stimmung zu verzeichnen war ! Und da soll noch Einer mal sagen, dass Süßes gut für die Laune ist.

Ebenso wurden mehrfach Thesen aufgestellt, dass Süßstoffe zu einer Gewichtszunahme führen, obwohl weniger Kohlenhydrate aufgenommen werden (Stichwort: Blundell-Hill-Hypothese). Auch dies ist ein Thema, dass höchst kontrovers diskutiert wird. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung meint hierzu:

Die Theorie eines möglichen gewichtssteigernden Effekts von Süßstoffen wird durch die wissenschaftlichen Untersuchungen nicht bestätigt. Süßstoffe können im Rahmen von Gewichtsreduktionsprogrammen sinnvolle Hilfsmittel – ohne pharmakologische Wirkung – sein, die Energieaufnahme zu senken.4

Ein weiterer Aspekt, der normalerweise bei Pharmawirkstoffen diskutiert wird, ist die Abbaubarkeit von Süßstoffen in der Umwelt / in Kläranlagen. Viele Süßstoffe werden unverändert vom Menschen ausgeschieden und auch die Umwelt kriegt sie so schnell nicht klein. So lassen sich Süßstoffe (Saccharin, Cyclamat, Acesulfam-K) bereits in Gewässern nachweisen. Die Stiftung Warentest nahm den Nachweis von Süßstoffen als Maßstab für die Bewertung der Qualität von Mineralwässern. Kann darin Süßstoff gefunden werden, könne man davon ausgehen, dass Oberflächenwasser die Mineralquelle kontaminieren könne.

Süßstoff mal anders

Doch es muss nicht immer ein Süßstoff aus der Retorte sein… Mutter Natur hat ja auch ein reich gefülltes Repertoire an Wirkstoffen. Besonders Stevia ist in jüngerer Zeit sehr populär als „natürlicher“5 Süßstoff. Dabei handelt es sich um ein Extrakt aus der südamerikanischen Pflanze Stevia rebaudiana (auf Deutsch auch Süßkraut oder Honigkraut genannt). Obwohl Stevia bereits bei den südamerikanischen Ureinwohnern seit altersher bekannt ist und bereits in den 1970er Jahren in Japan als Süßstoff zugelassen wurde, schaffte es der Extrakt erst 2011 in Europa zugelassen zu werden.

Stevia rebaudia - Das Honigkraut

Stevia rebaudia – Das Honigkraut

Mit seiner Eigenschaft kein Karies zu verursachen und kalorienfrei zu sein, wird es gerne als gesündere Alternative zu Zucker und als natürlichere zu herkömmlichen Süßstoffen vermarktet. In punkto Süßkraft kann mit Stevia etwa das 350-fache von herkömmlichem Zucker erreicht werden.

Chemisch betrachtet ist dieser Extrakt ein Gemisch aus mehreren Stoffen, deren Strukturformel im Vergleich zu den bisher betrachten Süßstoffen recht barock (d.h. sehr komplex) anmutet. Die beiden wichtigsten Vertreter sind das sog. Steviosid und Rebaudiosid A. Wie es aber Naturprodukte generell zu eigen haben, kann sich die genaue prozentuale Zusammensetzung von Fall zu Fall auch ändern, was sich in teilweise stark unterschiedlichen Geschmacksnuancen äußert. So kann z.B. ein bitterer, lakritzartiger Nachgeschmack auftreten, der daher rührt, dass die Stevioside nicht nur unsere Rezeptoren für Süßes, sondern auch für Bitteres aktivieren. Daher werden kommerzielle Stevia Extrakte mit unterschiedlichsten Methoden aufgearbeitet, um den Gehalt an Rebaudiosid A zu optimieren, von dem man weiß, dass es diesen unerwünschten Nachgeschmack nicht besitzt.

Coca-Cola Life 0.5 liter

Coca Cola mit Stevia

Wie auch die anderen Süßstoffe ist Stevia nicht unumstritten und noch längst nicht überall zugelassen, obwohl Studien jüngeren Datums gezeigt haben, dass Stevioside, im Menschen weder erbgutverändernd noch krebserzeugend sind. Betrachtet man jedoch Nagetiere (Nierenversagen bei Hamstern) oder in vitro Studien sieht es schon wieder anders aus. Wir dürfen also davon ausgehen, dass die Kontroverse, die wir für die anderen Süßstoffe betrachtet haben, sich auch hier weiter abspielen werden !

Die Wunderbeere

Ein gänzlich ungewöhnlicher Süßstoff findet man in der sogenannten Wunderbeere: Diese Beere schmeckt erst einmal relativ neutral. Erst wenn man etwas Saures zu sich nimmt, geschieht das namensgebenden Wunder: die anfängliche Säure schmeckt plötzlich süß ! Verantwortlich für dieses „Mirakel“ ist das Protein Miraculin. Dieses bindet sich zunächst an unsere Süß-Rezeptoren, ohne diese zu aktivieren. Erst wenn wir etwas Saures zu uns nehmen, also den pH-Wert in unserem Mund absenken, nimmt das Protein eine veränderte Struktur ein und aktiviert den Rezeptor. Aus Saurem wird Süßes ! Steigt der pH Wert wieder, geht das Miraculin wieder in den inaktiven Zustand über und die Süße verschwindet, bis wir wieder neue Säure zuführen. Da das Miraculin recht stark an die Rezeptoren bindet können wir uns bis zu 1 Stunde an diesem Wunder erfreuen !

links: Das Protein Miraculin // rechts: Die Mirakelbeere

links: Das Protein Miraculin // rechts: Die Mirakelbeere

Insgesamt eine attraktive Sache, die in Zukunft als Süßstoff zur Anwendung kommen könnte. Hierbei gilt es jedoch das Problem der Herstellung zu lösen, da sich das Protein auf chemischem Wege nicht (einfach) herstellen lässt. Denkbar wäre eine Herstellung mit Hilfe der Gentechnik. Ähnlich dem Insulin, könnte Miraculin von gentechnisch veränderten Bakterien hergestellt werden, aus denen es dann leicht extrahiert werden könnte.

Bis es der Wundersüßstoff also käuflich zu erhalten ist, wird aber noch ein Weilchen vergehen. Bis dahin wird wohl, wie bei so vielen Dingen, beim Umgang mit Süßigkeiten (ob gezuckert oder mit Süßstoff gesüßt) Mäßigung die beste Lösung sein.

  1. http://www.suessstoff-verband.de/suessstoffe/verwendung/suesskraft-dosierung/ ↩
  2. Aus: 25 Jahre im Dienste der Saccharin-Industrie, C. Fahlberg, 1903, 5. Internationaler Kongress für Angewandte Chemie im Deutschen Reichstag Berlin. ↩
  3. Chem. Unserer Zeit, 2011, 45, 406. ↩
  4. http://www.dge.de/wissenschaft/weitere-publikationen/fachinformationen/suessstoffe-in-der-ernaehrung/ ↩
  5. Im Gegensatz zu synthetisch. ↩

Thank you for smoking – Oder: Nikotin

Wie neulich schon angedeutet: Coffee & Cigarettes ist eine beliebte Kombination. So populär sogar, dass dem Thema ein ganzer Film gewidmet wurde. Koffein haben wir hier schon beleuchtet, daher nun eine Episode zum Alkaloid Nikotin, welches Zigaretten für so viele unwiderstehlich macht.

Pflanzen aus der neuen Welt

Nicht nur erfrischt und reinigt der Tabak das Gehirn, nein, er leitet die Seele zur Tugend und lehrt sie, rechtschaffen zu werden. Der Tabak ruft den Trieb zur Ehre und Tugend wach in allen Menschen, die sich seiner bedienen. Er ist die Leidenschaft der anständigen Leute, und wer ohne Tabak lebt, ist nicht würdig zu leben.
— Molière (frz. Dramatiker, 1622-1673) in Festin de Pierre

Nikotin kommt in der Natur in erster Linie in Pflanzen der Sorte Nicotiana tabacum und Nicotiana rustica (oder anders: in Tabak) vor. Obwohl Tabak heutzutage auch in Europa angebaut wird, so stammt sie ursprünglich aus den (sub)tropischen Gebieten Amerikas. Nach Europa gelangte die Pflanze und das Rauchen mit der Expedition Christoph Columbus’. Hervorzuheben ist hier wohl ein gewisser Rodrigo de Jerez aus Columbus’ Mannschaft, der als erster europäischer Raucher gelten darf. Dieser hatte auf Kuba die Einheimischen dabei beobachtet, wie sie die zerkleinerten Blätter der Tabakpflanze gerollt in Palm- und Maisblätter (sozusagen die Urform der Zigarre) rauchten.

Rodrigo de Jerez bei den indianischen Rauchern

Rodrigo de Jerez bei den indianischen Rauchern

Diesen Brauch führte er dann nach seiner Rückkehr den Bewohnern seiner Heimatstadt vor, nur um kurz darauf von der Spanischen Inquisition arretiert zu werden, da nur der Teufel es vermag einem Mann die Fähigkeit zu verleihen Rauch aus seinem Mund zu speien.

Tabak 9290019

Nicotiana tabacum

Ungeachtet dessen, fand man Gefallen an der Tabakpflanze, unter Anderem auch als Zierpflanze. 1560 gelangte die Pflanze dann durch den französischen Abgesandten am spanischen Hof, Jean Nicht de Villemin auch nach Frankreich, nach welchem die Pflanze und das in ihr enthaltene Alkaloid benannt wurde. In Reinform isoliert wurde Nikotin jedoch erst 1828 durch Posselt und Reimann und es dauerte bis 1892 bis zur Aufklärung seiner Struktur durch Pinner:

Nikotin, oder (S)-(–)-1-Methyl-2-(3-pyridyl)pyrrolidin

Nikotin, oder (S)-(–)-1-Methyl-2-(3-pyridyl)pyrrolidin

Nikotin – Ein giftiges Alkaloid

Der Rauch ist die beste Vorbereitung zu jeder schlechten Tat. Das Nikotin schläfert das Gewissen ein. Das Bedürfnis zu rauchen wächst mit dem Wunsche, das Gefühl der Reue zu ersticken. Das Rauchen hat überhaupt den Zweck, die Intelligenz zu umnebeln.
— Leo Tolstoi (russ. Schriftsteller, 1828-1910)

Nikotin ist eine farblose bis bräunliche ölige Flüssigkeit mit tabak-ähnlichem Geruch, die es in sich hat:

Auszug aus dem Sicherheitsdatenblatt (Sigma Aldrich)

Auszug aus dem Sicherheitsdatenblatt (Sigma Aldrich)

Giftig beim Verschlucken und Lebensgefahr bei Hautkontakt ! Klingt nicht gerade wie etwas, was man gerne in seine Nähe lässt ! Hinsichtlich der tödlichen Dosis ist man sich in Expertenkreisen nicht einig. Man findet immer einen Wert von 60 mg für einen gesunden Erwachsenen als Faustregel an, aber es gibt auch einige Berichte, bei denen größere Dosen überlebt wurden. Dies mag damit zusammenhängen, dass bei einer Nikotinvergiftung recht schnell Übelkeit und Erbrechen auftritt, dass einer weiteren Aufnahme des Gifts entgegen wirkt (Zwei Symptome, die auch Nikotinneulingen bei ihrer ersten Zigarette verspüren).

Und da Mutter Natur nichts ohne Grund macht, hat auch Nikotin seinen Zweck: Mit der Giftwirkung halten sich Pflanzen Insekten und andere Fraßfeinde vom Leib. Aus diesem Grunde steckte der Mensch sich den Tabak nicht nur in die Pfeife, sondern kochte ihn auch aus, um den so erhaltenen Sud zur Schädlingsbekämpfung auf seine Nutzpflanzen zu sprühen.

Die Dosis macht das Gift

Im Gegensatz zu Alkohol und Koffein, die relativ einfach zu dosieren sind, ist die Bestimmung der Nikotindosis beim Rauchen eine relativ komplexe Angelegenheit: Faktoren wie die „Rauchtechnik“ (Inhalationtiefe, -dauer, Anzahl der Züge, Länge der verworfenen Kippe etc.) oder die Konstruktion der Zigarette (mit Filter oder ohne, Art des Filters, Selbstgerecht vs Fertigzigarette) spielen dabei eine große Rolle. Der Nikotingehalt der Zigarette ist eher von geringerer Bedeutung. Überhaupt schaffen es etwa nur 30 % des enthaltenen Nikotins in den Rauch, während der Rest einfach verbrennt. Die Benutzung von Nikotin-reduzierten Zigaretten führt übrigens nicht zwingend zu einer reduzierten Nikotinaufnahme: Viele Raucher kompensieren dies, indem sie länger und stärker an der Zigarette ziehen oder eben generell mehr Rauchen um auf ihre gewohnte Dosis zu kommen !

Ist Nikotin krebserregend ?

Wenigstens ein positiven Umstand zu vermelden: Krebserregend ist Nikotin nicht. Doch vorsicht: Auch wenn Nikotin den Krebs nicht verursacht, so begünstigt er doch den Krebs… Es soll die Neubildung von Blutgefäßen fördern, was letztendlich das Tumorwachstum begünstigt. Aber auch wenn Nikotin nicht krebserregend ist, enthält der Tabakrauch noch genug andere Stoffe, die sehr wohl kanzerogen sind !

Warum tut man sich sowas an ?

In niedrigen Konzentrationen besitzt Nikotin einen anregenden Effekt. Es beschleunigt kurzzeitig den Herzschlag, verengt die Blutgefäße und führt zu einem absinken der Hauttemperatur1.

Es kommt zu einer temporären Steigerung der Aufmerksamkeit und Gedächtnisleistung2, sowie einer erhöhten Darmtätigkeit. Interessant ist auch, dass Nikotin in gewissen Maßen den Appetit zügelt. Ferner gibt es auch ein paar ältere Studien, die nahelegen, dass Nikotin die Fettverbrennung ankurbelt.34 5Dies mag damit zusammen passen, dass viele froschgebackene Nichtraucher erst mal an Gewicht zulegen, was eben auf Ausbleiben dieser Effekte in Kombination einer etwaigen erhöhten Zufuhr von z.B. Bonbons als Ersatzbefriedigung zurückzuführen ist. Ob man aber deswegen mit dem Rauchen anfangen sollte oder Nikotinkaugummis zusprechen sollte, ist fragwürdig.

Paradoxerweise verkehrt sich die anregende Wirkung geringer Dosen jedoch ins Gegenteil, wenn wir in den Bereich mittlerer Dosen kommen… Hier wirkt Nikotin dann beruhigend / sedierend.

Mittels Tabakrauch zugeführt, tritt die Wirkung des Nikotins recht rasch ein: 10 bis 20 Sekunden nach Aufnahme ist der „Nikotin Flash“ da. Ebenso wie Koffein also eine sehr effiziente Angelegenheit. Schon mal einen schweren Raucher auf Entzug bei seiner ersten Zigarette beobachtet ? Die anfängliche Schlechte Laune ist dann auch Ratz-Fatz verflogen.

Wenn’s der Raucher nicht lassen kann…

Apropos Nikotin-Sucht… Wenn es seine Wirkung im Gehirn entfaltet, kommt es auch zu einer erhöhten Ausschüttung des Neurotransmitter Dopamin, was eine erhöhte Konsumfreudigkeit hervorruft: Dopamin spielt eine wichtige Rolle für das sogenannte Belohnungszentrum im Gehirn.

Quelle: 3dman_eu / pixabay.de

Quelle: 3dman_eu / pixabay.de

Nikotin wirkt somit stimulierend auf das Belohnungszentrum. Und das ist mit dafür verantwortlich, warum Nikotin süchtig macht: Eine Aktivierung des Belohnungszentrum motiviert das jeweilige Individuum eine Aktivität zu wiederholen, welche die Aktivierung hervorgerufen hat. Da sich das Gehirn mit der Zeit an diesen Effekt gewöhnt, muss regelmäßig Nikotin zugeführt werden, damit keine Entzugserscheinungen, wie Reizbarkeit, schlechte Laune, Konzentrationsstörungen etc. auftreten. Es kann dabei bis zu 3 Wochen dauern, bis die Veränderungen der zugehörigen Rezeptoren im Gehirn sich wieder zurück gebildet haben und alle körperlichen Entzugserscheinungen verschwinden. (Wer übrigens seine eigene Tabakabhängigkeit testen will, kann dies mit Hilfe des Fagerström-Tests tun.)

Dennoch hat Nikotin alleine genommen nur geringes Suchtpotential. Erst in Verbindung mit den anderen Stoffen im Tabakrauch entfaltet sich ein hohes Potential, welches laut einer Studie aus dem Jahr 2007 zwischen dem von Alkohol und Kokain angesiedelt ist.6

Alternativen zur Zigarette

Raucherentwöhnungsprodukte

Ob der zahlreichen gesundheitlichen Gefahren, versuchen Viele, sich das Rauchen abzugewöhnen. Zu diesem Zwecke gibt es eine ganze Palette an verschiedenen Dareichungsformen von Nikotin. Der frischgebackene Nichtraucher erhält so seine Dosis Nikotin zur Bekämpfung der Entzugserscheinungen ohne sich gleichzeitig den schädlichen Rauch zuzuführen.

Quelle: Perlinator / pixabay.de

Quelle: Perlinator / pixabay.de

Bekannt sind z.B. Nikotinpflaster, die eine kontinuierlichen Aufnahme mit einer bestimmten Rate ermöglichen. Reines Nikotin wird nur sehr langsam durch die Haut aufgenommen, doch gelöst in einer geeigneten Trägersubstanz kann man die Rate beschleunigen (Vergleich: reines Nikotin = 0,8 mg pro cm² und h; gelöst in Wasser (20%) = 9 mg pro cm² und h). Nachteil: Nikotin reizt die Haut, daher muss man beim Gebrauch dieser Pflaster mit Hautrötungen rechnen.

Pfeifen

Eine der traditionsreicheren Konsumformen. Bei den Amerikanischen Ureinwohnern findet man z.B. die Friedenspfeife als Symbol der Streitschlichtung. Ferner ist mit keiner anderen Art Tabak zu konsumieren ein solcherPersonenkult verbunden, wie mit der Pfeife: Für manche Leute ist die Tabakspfeife eine Art Markenzeichen: Man denke nur an Sherlock Holmes, der neben Deerstalker-Mütze auch immer eine Tabakspfeife dabei hatte. Das Ensemble im Herrn der Ringe sieht man auch desöfteren dabei, wie sie in langstieligen Holzpfeifen „Pfeifenkraut“ Marke Alter Toby rauchen… Und seit 1969 wird vom Tabakforum der Titel Pfeifenraucher des Jahres verliehen an Prominenz wie Herbert Wehner (1969), Wolfgang Schäuble (1990), Günter Grass (2000) und Horst Lichter (2011), um nur ein paar Namen zu nennen.

Ein weiterer bekannter Raucher... Meisterdetektiv Nick Knatterton

Ein weiterer bekannter Raucher… Meisterdetektiv Nick Knatterton

Nota bene: Von vielen wird das Pfeife rauchen als eine ‚Kunst‘ betrachtet, die „dem Raucher ein nicht zu unterschätzendes Maß an Können und vor allem Erfahrung abverlangt“7

Schnupftabak

Wie manch andere „Drogen“ kann man sich Tabak (fein zerkleinert) auch durch die Nase ziehen. In den Berichten über Columbus’ Reisen lesen wir:

„Immer wenn die Könige ihre Götter um Rat fragen wegen ihrer Kriege, wegen einer Steigerung des Fruchtertrages oder wegen Not, Gesundheit und Krankheit, schnupften sie in ihren Tempeln das Kraut in ihre Nasenlöcher. […] Das Pulver ist von solcher Kraft, dass es einem völlig den Verstand raubt.“8

Nun, den Verstand rauben wird der Schnupftabak keinem. Allerdings reicht die Palette der Nebenwirkung von Schleimhautreizungen im Nasen-Rachen-Raum bis hin zu den üblichen Nikotin-Unverträglichkeiten, insbesondere dann, wenn man das Schnupfen nicht gewohnt ist.

Man unterscheidet zwei Formen: den Schmalzler und sogenannten Snuff. Ersterer ist besonders im süddeutschen Raum & in Österreich populär und ist eher grobfaserig, umaromatisiert und mit einer Dosis Schmalz versehen, um ihn weniger staubig zu machen. Das namensgebenden Schmalz wird heutzutage größtenteils durch Weißöl ersetzt.

L. Bouilly: Schnupfende Damen in Frankreich

L. Bouilly: Schnupfende Damen in Frankreich

Der Snuff hingegen ist feinpulvrig und oft mit Aromen wie Eukalyptus versehen.

Das Schnupfen selbst ist mit einer ganzen Reihe von Ritualen versehen… So ist es z.B. in manchen Kreisen üblich, jeden Schnupfvorgang mit einem Spruch einzuleiten. Wird vom Handrücken geschnupft, ist die linke Hand zu verwenden. Nur Amateure benutzen die Rechte. Ebenso ist zu heftiges Einsaugen zu vermeiden, da sonst der Tabak über das Ziel hinaus schießt und im Rachen landet, was eine Nies- und Hustorgie zur Folge hat.

Hat man eine Schnupftabaksdose und will sich betont vornehm geben, nimmt man eine Prise aus den Fingerspitzen… Eine recht aristokratisches Vorgehen, was auch erlaubt den Tabak rückstandsfrei an einem Schnauzbart vorbei zu bugsieren.

Thema Gesundheit: Außer den allgemeinen Nikotinrisiken, entfallen hier die Gefahren des Rauchens, die auf giftige Verbrennungsgase zurückzuführen sind. Laut einer Studie, die auch durch die WHO bestätigt wurde, ist Schnupftabak allein nicht krebserregend.9

Ferner interessant: Seit 1993 ist Schnupftabak von der Tabaksteuer befreit !

Shishas

In jüngerer Zeit in Deutschland sehr populär geworden sind Shishas – Wasserpfeifen, auch im Kreise von Leuten, die man sonst zu den Nichtrauchern zählt. Hierbei wird der Rohtabak mit Aromastoffen, sowie Glycerin bzw. Melasse vermengt und dann über glühenden Kohlen platziert. Da der Tabak dadurch nicht verbrennt, kann man nicht von Rauchen im eigentlichen Sinne sprechen. Durch die Gluthitze der Kohle, wird aber die enthaltene Feuchtigkeit mit den Aromen verdampft. Da Nikotin einen Siedepunkt von 246°C hat, wird es natürlich auch verdampft.

Shisha rauchender Mann (Quelle: onig99 / pixabay.de)

Shisha rauchender Mann (Quelle: onig99 / pixabay.de)

In Gutachten des Bundesamts für Risikobewertung geht man davon aus, dass die Nikotinaufnahme beim Shisharauchen mindestens vergleichbar mit dem Rauchen von Zigaretten ist. Man findet dort auch die Angabe, dass für „gelegentliche Wasserpfeifenraucher, die einen Tabakkopf mit 5 g Wasserpfeifentabak konsumierten, ein Zigarettenäquivalent von 0,4 bis 2 Zigaretten/Tag“ anzunehmen ist.

Gerne wird auf die Filterwirkung des Wassers hingewiesen. Nun, die ist tatsächlich vorhanden, hält aber nur einen Teil der Schadstoffe zurück. Glühende Kohlen sondern nämlich eine ganz eigene Qualität von unappetitlichen Stoffen ab, z.B. Kohlenmonoxid, welches irreversibel an den roten Blutfarbstoff bindet und den Sauerstofftransport unterdrückt. Es kommt zu einem „inneren Ersticken“. Kohlenmonoxid entsteht bei unvollständiger Verbrennung organischer (d.h. Kohlenstoff- haltiger) Materie und entsteht natürlich auch beim Zigarettenrauchen. Beim „shishen“ ist die Konzentration allerdings bis zu 10-mal höher. Nun erscheint eine akute Kohlenmonoxid-Vergiftung durch Rauchen recht unwahrscheinlich, doch hatte die Uniklinik Leipzig 2015 eben mit einem solchen Fall zu tun: Nach übermäßigem Shishagenuss musste ein Mann in einer Sauerstoff-Überdruckkammer notfallmedizinisch behandelt werden.

Berühmter Shisha-Raucher: Die Raupe aus Alice im Wunderland

Berühmter Shisha-Raucher: Die Raupe aus Alice im Wunderland

Wir sehen: Nikotin ist eine recht unangenehme Substanz, insbesondere in hohen Konzentrationen, auch wenn der schädlichste Effekt des Rauchens von anderen Substanzen herrührt. Besonders heimtückisch ist jedoch die suchtvermittelnde Wirkung… Wer will schon von irgendwas abhängig sein, wo wir doch soviel Wert auf unsere Unabhängigkeit legen. In diesem Sinne: Thank you for not smoking ! 🙂

 

  1. Umso seltsamer erscheint es, dass manche Raucher, während sie in der Kälte warten, eine Zigarette zum Aufwärmen rauchen, wo doch die Gefäßverengung einen negativen Effekt auf die erwärmende Durchblutung der Gliedmaßen haben sollte… ↩
  2. Wohlgemerkt nur REINES Nikotin ! Als Inhaltsstoff von Tabakrauch, wurde eher eine dem Gedächtnis abträgliche Wirkung beobachtet ! ↩
  3. http://wayback.archive-it.org/org-197/20160311134008/http://archive.uninews.unimelb.edu.au/view-49206.html ↩
  4. Orsini et al. 2001, Alcoologie et addictologie (in French). 23 (2 Suppl): 28S–36S. ↩
  5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Andersson+und+Arner+2001 ↩
  6. D. Nutt et al. Lancet 2007, 369, 1047. ↩
  7. https://de.wikipedia.org/wiki/Tabakspfeife#Geschichte ↩
  8. https://de.wikipedia.org/wiki/Schnupftabak ↩
  9. WHO IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans (2007): Smokeless Tobacco and Some Tobacco-specific N-Nitrosamines, IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, Bd. 89, Lyon 2007, S. 366. ↩

Six Degrees of Bunsen

Vielleicht habt ihr ja schon mal vom Spiel “Six Degrees of Kevin Bacon” gehört. Ziel des Spieles ist es eine möglichst kurze Verbindung zwischen einem beliebigen Schauspieler und Kevin Bacon zu finden. Hierfür ermittelt man die Kevin-Bacon-Zahl:

Kevin Bacon hat die Kevin-Bacon-Zahl (KBZ) 0, jeder Schauspieler, der mit ihm einen Film gedreht hat, hat die KBZ 1, ein Schauspieler, der mit einem dieser Schauspieler einen Film gedreht hat, jedoch nicht mit Kevin Bacon, hat die KBZ 2 usw.

— Wikipedia: Bacon-Zahl

Um dies einmal zu verdeutlichen sehen wir uns mal das Verwandschaftsverältnis zwischen Kevin Bacon und Jan Josef Liefers (auch bekannt als der allseits beliebte Prof. Börne aus dem Münster Tatort) an:

(Quelle: Oracle of Bacon)

Und siehe da, Jan Josef Liefers ist über 3 Schritte mit Kevin Bacon verbunden. Interessanterweise ist die mittlere Kevin Bacon Zahl etwa 3. Wer das gerne einmal selbst für seinen Lieblingsschauspieler testen will, kann das mit dem Oracle of Bacon leicht ausprobieren.

Nun kann man dieses Spielchen nicht nur in der Film-Branche spielen, sondern auch in der Wissenschaft. So ist es z.B. in der Mathematik Gang und Gebe, dass Mathematiker ihre Erdös-Zahl , d.h. den wissenschaftlichen Verwandtschaftsgrad zum ungarischen Mathematiker Paul Erdös, zu bestimmen. Da es in der Wissenschaft keine Filme gibt, geschieht dies über die Koautorenschaft von wissenschaftlichen Publikationen.

(Quelle: Wikipedia, H2g2bob, Lizenz)

Davon und durch die Diskussion über den weitläufigen Stammbaum eines Kollegen inspiriert, habe ich mich mal daran gemacht meinen wissenschaftlichen Stammbaum zu ermitteln. Also von meinem Doktorvater zu dessen Doktorvater usw. Wäre ja schon schick als Chemiker aus Giessen von Justus Liebig (einem der Urväter der modernen Chemie) abzustammen.

Schon eine illustre Ahnenreihe. Alles Namen, von denen man als Chemiker schon mal gehört haben kann. Emil Fischer, bekannt für seine Strukturaufklärung der Glucose (Traubenzucker), Adolf von Baeyer synthetisierte als erster Indigo (den blauen Farbstoff der Jeans) und Barbitursäure (chemische Grundlage der Barbiturat Schlafmittel) und schließlich Robert Bunsen, der auch in Nichtchemiker Kreisen bekannt ist, da er dem Bunsenbrenner seinen Namen gab. Unter Anderem entdeckte er auch mit G. Kirchhoff die Elemente Cäsium und Rubidium.

Dieser sitzt aber nur auf einem Seitenast des Stammbaums: Es ist zwar wahrscheinlich, das Adolf von Baeyers durch Bunsen zu seiner Doktorarbeit über Derivate des Kakodyls inspiriert wurde, daran aber im Labor von Friedrich Kekulé  der sich zu selben Zeit auch in Heidelberg aufhielt arbeitete. Kekulé der für die Aufklärung der Strukturformel des Benzols, der bekannte Benzolring, bekannt ist, war wiederum ein Schüler Liebigs. Und siehe da: Tatsächlich eine Verbindung zum alten Liebig !!!

Chemie ?!

“Oh je, in Chemie war ich immer schlecht…” “Igitt, da ist Chemie im Essen. Ihr Chemiker werdet uns irgendwann noch mal alle töten” Welcher Chemiker kennt diese Sprüche nicht ? Was bewegt den Menschen also sich mit dieser diffizielen Materie zu beschäftigen ? Und das auch noch in einem Universitätsstudium ? Nun, wenn man folgende Werbeanzeige aus den 50er Jahren aufmerksam durch liest, sind die Gründe klar…

lrg_chemistry

(Quelle: Popular Mechanics, 09/1955, http://blog.modernmechanix.com/2008/07/31/chemistry-big-laboratory-given-free/)

 

Eine “glorreiche Zukunft” wird da beschworen und darauf hingewiesen das in der Chemie quasi eine Goldmine liegt, die man nur anzapfen muss um sofort sein Einkommen und seine Position im Leben zu verbessern, indem man Abfall in Geld verwandelt. Tja, leider scheint sich heute keiner mehr daran zu erinnern oder aber nicht an ein “Golden Age” mit Hilfe der Chemie zu glauben…

Dann gibt es natürlich noch die Leute, die Chemie studieren um die “unheimlichen Kräfte der Natur zu entfesseln” oder “Mutter Natur nach meinem Willen zu formen”. Das sagten zumindest zwei meiner Komilitonen.

Schliesslich gibt es auch die Leute, deren natürlicher Spieltrieb, Zündel-Leidenschaft, Bastelwut und/oder Neugier, vom experimentellen Arbeiten gefüttert wird. Die sozusagen irgendwie eine Art Hobby zum Beruf gemacht haben. (“Was passiert wohl, wenn ich das Grüne in das Lilane kippe ?”, “Boah, sieh dir mal an wie heftig das abgeht…”) Das sind dann auch die Leute die vielleicht mal einen Chemiebaukasten besessen haben.

Apropos, Chemiekasten… Als ich neulich in der Bibiliothek meiner Arbeitsgruppe die Bücher durchstöbert habe, fiel mir dabei auch folgendes Kleinod in die Hand:

Alles was im Hause ist, untersucht der ALL-CHEMIST – 150 chemische Versuche für Buben und Mädchen.

Eine Versuchsanleitung zu einem Chemiekasten aus dem Jahre 1940 (Wilhelm Fröhlich, All-Chemist, Franckh’sche Verlagshandlung Stuttgart, 1940). Und tatsächlich, es gibt kaum ein Haushaltsprodukt das nicht in ein lehrreiches Experiment einfliesst: “Ein süsser Anfang” (Zucker), “Von der Milch”, “Der böse Alkohol” (!) oder “Gas” um nur mal ein paar Beispiele zu nennen. Viele Versuche, die man auch heute noch machen kann, allerdings auch ein paar die etwas antiquiert wirken: Wer hat schon heute eine Tafel Tischlerleim im Hause ?

Aber auf Wunsch einer Kollegin hier mal ein Experiment zum nachkochen:

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Die Frage, ob man den Tischlerleim gerade zuhause hat, lasse ich mal so im Raume stehen. Jedenfalls zeigt sich, dass die Idee mit den “Chemie mit Haushaltsprodukten”-Büchern keine neue ist.

Hier sieht man auch eine Besonderheit, die man heute leider nicht mehr findet. Die netten Illustrationen am Rande besitzen irgendwie einen ganz besonderen Charme.

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Wie z.B. das Bild jenes possierlichen Zeitgenossen, welches das Vorwort ziert und daran erinnert:

Wie der Alchimist früherer Zeit alle möglichen Stoffe zusammenbraute, wird ein wißbegieriger Junge als neuzeitlicher All-Chemist alle erreichbaren Stoffe in Küche und Haus[…] in den Bereich seiner Untersuchungen ziehen und ganz unbemerkt noch recht viel Neues lernen.

Na wenn man da nicht Appetit auf mehr bekommt… Mit Nachweisen von Eisen in Zigarettenasche fängts an und ehe man sich’s versieht landet man bei “Reaktionen von Ozon in Gegenwart von Übergangsmetallaziden in siedender Blausäure”… Oder so…

Faszination Gold

„Über-, doppelt und mehrfach glücklich, wer auf Gold und Kleinodien tritt!“

―Apuleius

Nur wenige Materialien üben eine ähnlich große Faszination auf den Menschen aus wie das Gold. Es ist nicht nur durch seine glänzend gelbe Farbe schön anzusehen, es gilt auch als ein Sinnbild für Edles und höchste Qualität. Die Goldmedaille für Olympia Sieger oder der sog. Goldstandard für bewährte, allgemein anerkannte Methoden und Verfahren, an denen sich alle anderen Methoden messen müssen.

Und wertvoll ist es. So bezahlt man zur Zeit (25.02.2017) 1190 EUR je Feinunze. Oder übersetzt in ein etwas gängigeres Gewichtsmaß: 38,26 € je Gramm. Und das ist von den Maßen her gerade mal ein winziges Blättchen:

100g Bar casted size 2

Größenvergleich – 1 Euromünze vs 100 g Barren

Von Goldsuchern

Der hohe Preis ist zum Teil dadurch begründet, dass Gold ein seltenes Metall auf unserem Planeten ist. Im Durchschnitt müsste man 1000 t Gestein verarbeiten um 4 g Gold zu gewinnen, was vermutlich der Grund ist, warum die Goldgewinnung nur an wenigen ausgewählten Orten rentabel ist. Ein Faszinosum am Gold ist ja, dass es chemisch sehr beständig ist. Dies ist auch der Grund, warum man es im Gegensatz zu anderen Metallen, die nur in Form von Erzen in Verbindung mit Sauerstoff, Schwefel etc. vorkommen, überwiegend gediegen vorfindet. Zugegeben man braucht oft eine Lupe um den Goldstaub im Gestein zu finden, aber ganz selten mal findet man auch „Gold-Nuggets“, also regelrechte Klumpen.

CSIRO ScienceImage 10458 An 8 kg nugget from Victoria that was cut in two and had a thin slice
Der größte bisher gefundene Gold-Nugget ist der „Welcome Stranger“, der 1869 in Australien ausgegraben wurde und stolze 97 kg auf die Waage brachte. In Deutschland findet man leider nur kleine Nuggets. Zuletzt löste ein Goldfund im thüringischen Schwarzatal einen kleinen Goldrausch aus, als der 64-jährige Heinz Martin beim durchqueren eines Baches einen 9.6 g schweren Nugget fand.

Aber das hindert den Menschen in seinem Erfindergeist nicht, ständig nach neuen Quellen zu suchen aus denen man Gold gewinnen kann. So kam der deutsche Chemiker Fritz Haber in den 1920er Jahren auf die Idee Gold aus Meerwasser zu gewinnen. Die Weltmeere enthalten ja immerhin genug Wasser, dass man einfach nur abzupumpen brauch. Doch obwohl 15000 t Gold in unseren Meeren „herumschwimmen“ stellte sich die Goldkonzentration als zu gering heraus um rentabel zu sein.

Alchemie, oder: Wie macht man Gold ?

Ebenfalls abenteuerlich ist die Idee neues Gold herzustellen, indem man billige, im großen Maße verfügbare Metalle umzuwandeln. Die Goldmacherei war ein beliebtes Betätigungsfeld der Alchimisten, den Vorvätern des modernen Chemikers. So suchte man den „Stein der Weisen“ eine Substanz die eben dieses Kunststück ermöglichen sollte. Das dies natürlich nicht von Erfolg gekrönt sein kann, liegt auf der Hand. Mitunter aber förderte diese Suche, nach dem Motto „Discovery by serendipity“ ungeahnte andere interessante Funde zu Tage:

So gelang es dem Alchemisten Johan Friedrich Böttger zwar nicht die Formel für den Stein der Weisen zu finden, sondern die Formel für Porzellan (die bis dahin ein wohlgehütetes Geheimnis der Chinesen war). Mit dieser Erkenntnis konnte man zwar nicht direkt Gold gewinnen, aber Porzellan war derartig kostbar, dass der sächsische König August der Starke dennoch beschloß Böttger unter Verschluß zu halten, um mit dem Porzellan gutes Gold zu verdienen.

DPAG 2010 32 Porzellanherstellung in Deutschland
Ein anderer Zufallsfund auf der Suche nach Gold gelang einem gewissen Henning Brand. Ironischerweise suchte er den Zugang zum Gold in einer anderen „goldenen Substanz“, indem er seinen Urin einkochte und die Rückstände stark erhitzte. Er erhielt stattdessen eine im dunklen leuchtende Substanz und wurde damit nicht nur zum Entdecker der Chemoluminiszens, sondern auch des Elements Phosphor. Gänzlich unmöglich ist die Elementtransmutation aber doch nicht. So lassen sich mittels moderner Wissenschaft im Rahmen kerntechnischer Prozesse geringste Mengen Gold erzeugen. Doch dies ist nicht nur teuer, sondern geht auch mit radioaktiver Strahlung einher… Ergo: Ist die Mühe nicht wert.



Brandt, wie er den Phosphor entdeckt (hier künstlerisch interpretiert von Joseph Wright of Derby)

Brandt, wie er den Phosphor entdeckt (hier künstlerisch interpretiert von Joseph Wright of Derby)

Von Original & Fälschung, sowie Badewannen

Doch wie überall, wo es um die Erlangung von Reichtümern geht, sind Ganoven und Halunken nicht weit entfernt. Wenn schon nicht Herstellen, dann vielleicht geschickt imitieren ! Und das ist in der Tat möglich: So gibt es allerhand (meist Kupfer-haltige) Legierungen, die einen mehr oder minder goldenen Farbton besitzen. Nehmen wir z.B. Messing oder Tombak. Dementsprechend gilt „Augen auf beim Goldkauf“. Oder eine andere Variante, wo der „Beschiss“ sich schon im Namen bemerkbar macht: Katzen- oder Narrengold, dem etwas malerischeren Namen für Eisen(II)disulfid/Pyrit, einem weißgoldenen Mineral.

Eine aus Film & Fernsehen bekannte Echtheitsprüfung ist z.B. der Bisstest (Schon mal gewundert, warum siegreiche Olympioniken auf ihre Goldmedaille beißen ?). Da Gold ein sehr weiches Metall ist, sollte ein solcher Bisstest Spuren in Echtgold hinterlassen. Blei ist allerdings auch sehr weich und somit ist vergoldetes Blei auf dem Wege nicht vom Original zu unterscheiden.

Auch sehr bekannt ist der Dichte-Test. Man kennt die Geschichte von Archimedes, der die Echtheit einer Goldkrone prüfen sollte (ohne diese zu beschädigen) und dem dann die geniale Idee beim Baden kam. Jedes Material hat ein spezifisches Gewicht, d.h. Gewicht je Volumeneinheit. Er tauchte also nacheinander Krone, sowie gleich schwere Gold- bzw. Silberbarren in Wasser und maß deren Wasserverdrängung. Und siehe da, die Krone verdrängte mehr Wasser als der Goldbarren, hatte also ein geringeres spezifisches Gewicht und war damit eine Fälschung. Verbunden mit dieser Erkenntnis, dem Archimedischen Prinzip, ist auch der berühmte Ausruf „Heureka !“ (griech. „Ich hab’s gefunden“) den Archimedes ausrief und, soeben dem Bade entstiegen, nackt durch die Strassen rannte. Eine elegante Methode, allerdings nicht unbedingt alltagstauglich.

Heureka - Wissenschaft in der Badewanne

Heureka – Wissenschaft in der Badewanne

Praktischer, da portabel sind säurebasierte Test-Kits. Gold besitzt nämlich die Eigenschaft unlöslich in herkömmlichen Säuren zu sein. Nur Königswasser, ein Gemisch aus Salz- & Salpetersäure, vermag es reines Gold aufzulösen. Legierungen mit geringerem Goldanteil lösen sich schon in verdünnteren Säuren. Je höher der Goldanteil, desto härtere Geschütze (sprich konzentriertere Säure) muss man auffahren.

Wenn das Edelmetall aber aus seriöser Quelle kommt, reicht es evtl. aber auch einen schnellen Blick auf einen vorhandenen Prägestempel zu werfen, der den Goldanteil in Promille wieder gibt.

Quelle: Wikipedia, Eintrag: Gold

Quelle: Wikipedia, Eintrag: Gold

Goldene Worte

Die gedankliche Verbindung Gold = wertvoll hat dann auch in allerhand metaphorische Redewendungen geprägt. Schwarzes Gold steht synonym für Erdöl, mit dem man auch zu Reichtum gelangen kann, wenn man es in seinem Garten findet. Weißes Gold steht für Salz, Porzellan, Elfenbein etc., alles Substanzen die zumindest in der Vergangenheit mit Gold aufgewogen wurden. Wer goldene Hände hat und damit aussergewöhnliches handwerkliches Geschick besitzt, verdient sich schnell eine goldene Nase, insbesondere dann, wenn diese noch einen guten Riecher für profitable Geschäfte hat. Die Kartoffel ist nicht nur golden in der Farbe, sondern gilt den deutschen oft als Königin der Beilagen beim Essen und verdient sich damit den Titel Ackergold, während der leicht ironische Begriff Hüftgold die füllige Figur beschreibt, die man kriegt, wenn man zuviel davon isst.

Angewandte Goldwissenschaften

Doch was macht man mit Gold, außer es sich als Kapitalanlage in den Keller zu legen oder es zu Schmuck zu schmieden ?

Der goldene Reiter - Feuervergoldet

Der goldene Reiter – Feuervergoldet

Blattgold kennt jeder. Da Gold so weich und duktil ist, lässt es sich problemlos (wenn auch in aufwendiger Arbeit) zu hauchdünnen Blättchen schlagen, mit denen man Zierrat eine goldene Oberfläche verleihen kann. Eine besondere Eigenschaft besitzt kolloidales Gold, d.h. Nanometer große Goldteilchen verteilt in einem flüßigen Medium, auch bekannt als Cassius’scher Goldpurpur. In dieser Form verliert Gold seine typische Farbe, sondern erscheint in einem rubinroten Farbton, mit dem man z.B. hochwertiges (und extrem schickes) rotes Glas herstellen kann.

Goldrubinglas Schatzkammer München

Goldrubinglas Schatzkammer München


Oder man verleiht Nahrungsmitteln mit Blattgold einen dekadenten Touch (Zusatzstoff E175). Dies reicht vom Danziger Goldwasser, einem klaren Schnaps in dem etwas Blattgold suspendiert wurde, bis hin zur Currywurst Gold mit Trüffelpommes, die in Berlin als deutliche Manifestation der Gentrifizierung Gestalt angenommen hat. Für den Körper ist es unbedenklich, da elementares Gold, wie wir bereits gelernt haben, in den meisten Säuren, so auch Magensäure, unlöslich ist und unverändert durch den Verdauungstrakt durchrauscht. In Form von Goldsalzen allerdings, kann es in zu hohen Konzentrationen zu einer Schwermetallvergiftung führen. Da die meisten Menschen solche jedoch nie zu Gesicht kriegen, ist dies ein eher seltenes Szenario. Es sei denn, sie gehören zu dem kleinen Personenkreis, dessen Rheuma mit goldhaltigen Medikamenten behandelt wird. Da dies jedoch recht teuer ist (sic!) und außerdem in über 50% der Fälle unangenehme Nebenwirkungen hat, werden diese mehr und mehr von anderen Medikamenten verdrängt.

Goldhaltige Arzneistoffe

Da Gold unter den Metallen eine überlegene elektrische Leitfähig und Korrosionsbeständigkeit besitzt, werden gerne elektrische Kontakte und Leiterbahnen auf Platinen daraus gefertigt. Ein Grund, warum der moderne Goldgräber sich für alte Mülldeponien und den darin achtlos entsorgten Elektroschrott interessiert.

Wir sehen also Gold ist ein extrem vielseitiges Element, dass nicht umsonst seit Jahrhunderten anhaltend eine Faszination auf den Menschen ausübt.

Aller Anfang ist schwer

Alle Jahre wieder gucke ich in meine Kiste mit Erinnerungsstücken: Eine Sammlung aus Briefen, Fotos, Eintrittskarten von besonders denkwürdigen Events und allerhand anderer Dinge, die einen in Erinnerungen schwelgen lassen. Darunter auch dies hier:

Nun, was hat es damit auf sich ? Damals im Oktober 2000 hatte es mich an die Uni Münster verschlagen, um dort meine ersten Gehversuche auf dem Gebiet der Chemie zu unternehmen. Auftakt der OE-Woche (OE = Orientierungseinheit) bildete die Erstsemester-Begrüßung. Da saß ich nun mit den ganzen anderen Erstes, an die 130 Leute, im großen Hörsaal C1 und harrte der Dinge, die da kommen würden. Punkt 10:00 betrat eine Handvoll Fachschaftler und Assistenten die Bühne und verkündete, dass es dieses Semester wohl zu einer Panne bei der Immatrikulation gekommen sei: Es wurden mehr Studenten aufgenommen, als es Studienplätze gäbe. Um dieses Dilemma zu beseitigen, würde nun eine kurze Einstufungsklausur abgehalten werden, um zu ermitteln, wer wie geplant starten dürfe und wer bis zum nächsten Semester warten müsse.

Vor lauter Aufregung, die der Studienbeginn so mit sich bringt, ist es vermutlich nur Wenigen komisch vorgekommen, dass so eine gravierende Mitteilung nicht von einem Professor, sondern von der Fachschaft verkündet wird. Die erste Aufgabe auf dem Klausurbogen, ein ziemlich martialisch anmutendes Konstrukt, hat dann sicher auch sein übriges Getan, uns Erstis einzuschüchtern:

Lösung (von oben li. nach unten re.): 1. Zeile: Kupfer // Cu(OH)2 // CuO; 2. Zeile: CuI + I2 // [Cu(NH3)4]SO4; 3. Zeile: CuI // Kupfer

Dieser Aufgabentyp ist auch bekannt als „Kampfstern“: Sternförmiges Reaktionsschema, mit dem viele Studenten in Klausuren zur anorganischen Chemie hart kämpfen müssen, um die Lücken darin auszufüllen. Und das nach Besuch entsprechender Vorlesungen und Übungen ! Am ersten Tag des Studiums reicht das jedoch, um auch hartgesottene Naturen in Unruhe zu versetzen. Ich jedenfalls, ohne Chemiekurs in der gymnasialen Oberstufe, war völlig aufgeschmissen.

Also machte ich das, was wohl jeder im Angesicht einer unlösbaren Klausuraufgabe macht, nämlich umblättern:

Skizzieren sie ein galvanisches Element, dass aus einer Normalwasserstoffelektrode (NHE) und einer Kupferelektrode besteht, welche in eine Kupfersulfatlösung eintaucht !

Öhm… Next !

Toxikologie: Welche Gefahren für die Gesundheit gehen von übermäßigem Konsum von Dihydrogenmonoxid aus ?

Ok, von diesem alten Chemie-Kalauer hatte ich schon mal gehört. Dihydrogenmonoxid = klug für Wasser. Hier hielt ich es für hinreichend sicher, die Vermutung zu äußern, dass evtl. Ertrinken gemeint sein könnte… Aber dann direkt in der nächsten Aufgabe – Bäm ! – werden direkt die Valenzstrichformeln für Alkohol, Schwefelsäure, Benzol und Kaliumpermanganat gefordert ! Äh… Schnell weiter. Irgendwo muß es doch etwas einfacheres geben…

Zeichnen Sie den Querschnitt durch ein Magnetrührstäbchen, Zählen Sie wieviele Wasserstoffatome vor Ihnen auf dem Tisch liegen !

Sehr merkwürdig ! Doch wem bis jetzt noch nicht aufgegangen sein sollte, dass es sich hier um einen klassischen Scherz auf kosten der Neulinge handelte, dem wurde es spätestens damit klar:

April, April !

Und tatsächlich hatte sich so mancher mit einem erleichterten Grinsen von seinem Platz erhoben, um God save the queen zu summen.

Bei besagtem Länderspiel handelt es sich übrigens um das letzte Spiel im alten Wembley Stadion, bevor dieses abgerissen wurde, in welchem Niemand anderes als Dietmar ‚Didi‘ Hamann den Siegtreffer zum 1:0 erzielte. In Folge dieser Schmach musste dann der britische Nationaltrainer Kevin Keegan seinen Hut nehmen. Das Tor hatte auch in sofern ein Nachspiel, als dass 5 Jahre später bei der Abstimmung, wie die neu errichtete Stadionbrücke heißen solle, der Vorschlag deutscher Fußballfans die Brücke „Dietmar Hamann Gedächtnisbrücke“ zu nennen, die meisten Stimmen erhielt. Man entschied sich dann, dem Abstimmungsergebnis zum Trotz, der Brücke einen anderen Namen zu geben.

Wir sehen also, ein klassischer Initiationsritus für Frischlinge. Doch was zu dem Zeitpunkt wahrscheinlich noch keiner vermutet hat: Eine solche Einstufungsklausur ist gar nicht notwendig gewesen, denn nur wenige Studiengänge haben eine ähnlich hohe Verschleißquote, wie ein Chemiestudium. In einer alten Chemiker-Anekdote sagt der Prof zu seinen Studenten: „Gucken Sie mal nach links, gucken Sie mal nach rechts… Die Leute, die sie dort sehen, werden sie nächstes Semester nicht mehr wiedersehen !“ Eine Geschichte, die durchaus ein Körnchen Wahrheit beinhaltet. Angefangen haben wir mit 130+ Studenten. Im 4. Semester sind nur noch 78 Teilnehmer zum Grundpraktikum Organische Chemie angetreten. Und nach 9 Semestern waren es gerade mal 23 Leute, die ihr Diplom gemacht haben. Und aus meiner OE-Gruppe, anfänglich 10 Personen, haben, mich eingeschlossen, nur 2 Personen das Vordiplom erlebt. Ok, so manchen verreißt in der einen oder anderen Prüfung. Aber, gerade in den frühen Semestern, gibt es auch genügend Leute, denen ein Chemiestudium zuviel Palaver ist. Praktikum in den Semesterferien… In irgendeiner stinkenden, potentiell giftigen Brühe rühren, wenn andere Studis am See in der Sonne liegen ? Das mag nicht jeder. Analysen kochen, unter Zeitdruck, während man sich den Abzug mit 4 anderen leicht chaotischen Zeitgenossen teilt ? Es soll auch Leute gegeben haben, die plötzlich festgestellt haben, dass sie Angst vor Chemikalien haben. Und überhaupt ist so ein Chemielabor auch nicht das, was uns die Medien vorspiegeln: Nein, kein Platz wo alles schön weiß und sauber ist und lustige bunte Flüssigkeiten vor sich hin blubbern. Da geht’s schon eher zu wie in einer Werkstatt… Wo gehobelt wird, da fallen Späne.

Ja, irgendwie ist es schon wahr, dass man als Chemiker schon, im positiven Sinne, leicht einen an der Waffel haben muss um so etwas zu studieren. Ein gewisser Conan in einem Internetforum bringt es auf dem Punkt:

Soweit ich weiß, sind meiner Meinung nach Chemiker die zähesten Brocken die ich kenne. Die geben normalerweise nicht auf und lassen nie locker, egal was sie machen. — Conan (25.04.2002)

Wie heißt es so schön ? Chemie ist, wenn man trotzdem lacht.

Sprit ist alle

Als ich gerade das Archiv durchstöberte, fiel mir das folgende Kleinod in die Hände. Es war das Jahr 2011 und die Gemüter waren, ob der gerade erfolgten Einführung des neuen E10 Benzins stark erhitzt:

huhu

Mittlerweile ist der Medienhype um die Benzinsorte E10 ja etwas abgeflaut. Aber offenbar ist der “Biokraftstoff” immer noch ungeliebt unter den Autofahrern. Zumindest gemessen an dem was ich eben an meiner bevorzugten Tankstelle beobachtet habe.

Offenbar war dort nämlich das herkömmliche Super leergetankt worden, was dort auf sichtlichen Unmut einiger potentieller Tankkunden stieß. Der zuständige Tankwart war nicht minder betroffen, da offenbar schon den ganzen Nachmittag die Kunden unverrichteter Dinge wieder abzogen, ob des beklagenswerten Spritmangels. Kein Benzin mehr, das muss man sich mal vorstellen. Neben tiefschürfenden Logistikproblemen seitens der Tankstelle, lässt sich vielleicht noch das Phänomen anführen, das die Spritpreise gefühltermaßen Dienstags immer besonders niedrig zu sein scheinen. Vielleicht lockt dieser Anschein besonders viele Leute an die Zapfsäulen.

imageAuch ich bin erst mal weitergefahren… Schließlich findet sich 500m weiter die Strasse runter ja eine weitere Tankstelle. Dort dann das gänzlich umgekehrte Bild… Autoschlangen an jeder Säule die bis auf die Strasse reichen. Für den Betreiber muss das ein Gefühl wie Weihnachten gewesen sein. Für mich als Kunden… eher Aschermittwoch… weniger schön. 20 Minuten auf Sprit warten wollte ich dann doch nicht. So stellt man sich die Spritrationierung in einer Planwirtschaft sozialistischer Prägung Marke kalter Krieg vor. Alternativen… Einmal durch die Stadt fahren zur nächsten Tanke oder E10 tanken ? Dann halt zähneknirschend E10 tanken.

Ich halte es zwar für unwahrscheinlich das der Biosprit schädlich für Motoren ist, aber ob der erhöhte Ethanolanteil den Sprit jetzt nachhaltiger macht… Da streiten sich die Experten. Ich bleib vorerst bei der klassischen Mischung. Hier mal ein kurzer Blick in die Rezeptur für Benzin der Marke Aral (Ottokraftstoffe gem. DIN EN 228):

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Komplexes Gemisch aus flüchtigen Kohlenwasserstoffen die Paraffine, Naphtene, Olefine und Aromaten mit C-Zahl vorwiegend von 4 – 12.
Kann Sauerstoffverbindungen enthalten. Kann auch geringe Mengen proprietärer leistungssteigernder Additive enthalten.

— Datenblatt Aral Ottokraftstoffe gem. DIN EN 228

Besagtes Gemisch flüchtiger Kohlenwasserstoffe alias Benzin wird in meiner Grafik oben mal durch Hexan als typischen Vertreter für ein n-Alkan repräsentiert, obwohl alles zwischen Kohlenwasserstoffen mit 4 und mit 12 Kohlenstoffen drin sein kann. Ferner diverse Alkohole als Additive und TBME als Antiklopfmittel. Besagtes Klopfen bezeichnet übrigens den Unerwünschten Effekt, dass der Treibstoff im Zylinder durch Selbstentzündung unkontrolliert verbrennt. Als positives Beispiel für einen “klopffesten” Brennstoff dient Isooctan, daher auch der Begriff Octanzahl.

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Die Grundmischung ist bei allen Anbietern der selbe, also der eigentliche Sprit. Erst mit den geheimen Zusätzen (Additive) verleiht jeder Anbieter seinem Benzin “die persönliche Note”.

Feuer frei – Capsaicin

Nur wenige Moleküle besitzen eine regelrechte Fangemeinde… Und viele davon gehören leider dem Bereich der verbotenen Substanzen an… Ein frei verfügbares Molekül, für das die Leute im wahrsten Sinne des Wortes ‚Feuer und Flamme‘ sind, ist Capsaicin (oder: (E)-N-(4-Hydroxy-3-methoxybenzyl)-8-methyl-6-nonensäureamid), jener Bestandteil von Chillischoten, die ihnen ihre unverkennbare Schärfe verleiht.

Capsaicin ist ein Alkaloid, das seinen Namen von der lateinischen Bezeichnung capsicum, dem Gattungsnamen für die Paprika-Gewächse, erhielt. Jenen Pflanzen, in denen dieser „Scharfmacher“ natürlich vorkommt. Wie kommt es nun, dass Mutter Natur ihre chemische Synthesemaschinerie aktiviert und Paprika & Chili einen solchen feurigen Charakter verleiht ? Hierfür gibt es zwei Theorien:

  1. Vögel vs Säugetiere – Eine Frage der Fortpflanzung

    Ein interessanter Umstand ist, dass nur Säugetiere Capsaicin als scharf empfinden. Nicht jedoch Vögel, deren Nervenzellen anders aufgebaut sind. Auf diese Art und Weise werden Säugetiere vom Verzehr der scharfen Schoten abgehalten, während Vögel sich unbeeinträchtigt daran schadlos halten können. Der Vogel kann im Fluge nun weitere Strecken auf die Schnelle überbrücken und sorgt so für eine weite Verbreitung der mitverzehrten Paprikasamen mittels Vogelschiss. Weitaus effektiver, als dies durch die am Boden lebenden Säugetiere bewerkstelligt werden könnte.

  2. Chemische Keule gegen Pilze

    Theorie 2 fußt auf dem Entdeckung, dass Paprika-Arten, die in Arealen mit hohem Befall durch Pilze der Gattung Fusarium wachsen, einen höheren Gehalt an Capsaicin besitzen, das ein natürliches Fungizid ist. Scharfe Chilis besitzen somit einen effektiveren Schutz vor Pilzen, als solche ohne. Den Rest erledigt die Evolution.

Diesem Naturstoff kommt nun ein gesteigertes Interesse vieler Menschen zu, da er in kulinarischem Sinne ein feuriges „Geschmacks“erlebnis bereitet. Geschmack steht hier in Anführungszeichen, weil es sich bei Capsaicin entgegen landläufiger Meinung kein Aromastoff ist. Scharf ist kein Geschmack, wie Süss, Sauer, Bitter, Salzig oder Umami, sondern eine Art Schmerzempfindung, die dem eines Hitzereizes nahe kommt. Ein Umstand den man sich auch bei der Herstellung von Wärmepflastern in der Pharmazie zu Nutze macht. Neben dem typischen brennen kommt es zu einer verstärkten Durchblutung und zur Ausschüttung von Endorphinen, den allseits beliebten körpereigenen kleinen Glücklichmachern – ein Effekt der auch „Pepper-high“ genannt wird. Vermutlich auch ein Grund warum scharfe Chilis so beliebt sind. 🙂

Medizinisch ist Capsaicin natürlich auch interessant… Nicht zuletzt in Form von Wärmepflastern. Entsprechende Präparate sollen auch bei Rheumaleiden sehr effektiv sein…


Currywurst, Berlin Stil – by Rainer_Zenz
Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Currywurst-1.jpg

Doch zurück zum scharfen Essen. Ein Nahrungsmittel, das in jüngerer Vergangenheit verstärkte Aufmerksamkeit von Capsaicin-Connoisseuren genießt, ist die Currywurst, welche von spezialisierten Currywurst-Buden in zahlreichen Schärfegraden von gar nicht scharf bis Inferno anbieten. Als Beispiele seien hier z.B. das im Hessischen wohl bekannte „Best Worscht in Town“ oder aber Curry24 das hier in Dresden zu finden ist. Dort stößt man auf so klangvolle Namen wie Mundorgasmus, Godfather’s Deathkiss oder „Da Bomb – The final answer“ in Verbindung mit Schärfeangaben wie 1000000 SCU….

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Quelle:
http://www.bestworschtintown.de/

SCU ? Wird sich der Laie jetzt fragen. Hinter diesem Kürzel verbirgt sich die sogenannte Scoville Heat Unit, eine von Wilbur Scoville eingeführte Maßeinheit für Capsaicin-induzierte Schärfe. Konkret verbirgt sich hinter dieser Zahl die Anzahl an Tropfen Wasser, die benötigt werden um ein bestimmtes Quantum eines Chilliextrakts soweit zu verdünnen, dass die Schärfe nicht mehr spürbar ist. Dabei entspricht ein SCU Wert von 16 Millionen reinem Capsaicin ! Dieses Vorgehen hat allerdings den Haken, dass man das Ganze von Testschmeckern verkosten lassen muss. Da bekannter Maßen jede Person eine unterschiedlich ausgeprägte Toleranz gegenüber Schärfe besitzt, ist dies ein recht ungenaues Verfahren. Ausserdem wären bei einem 1 Teil reinem Capsaicin 16 Mio. Teile Wasser zum verdünnen notwendig. Bei 1 Teil = 1 mL bräuchte man 15.000 Liter Wasser ! Daher behilft man sich heute mit instrumenteller Analytik, genauer gesagt HPLC, um die SCU zu ermitteln.

Um sich den Maßstab mal etwas besser zu veranschaulichen:

  • 0 – 10 Gemüsepaprika
  • 100-500 Peperoni
  • 1000-10000 Sambal Oelek
  • 2500-8000 Jalapeno Schote
  • 30000-50000 Cayenne-Pfeffer
  • 1 Mio. Bhut Jolokia Chili (bis 2012 die schärfste Chili der Welt)
  • 2 Mio. Trinidan moruga scorpion (neuer Rekordhalter)
  • 2 Mio. handelsübliches Pfefferspray
  • 9 Mio. Mad Dog 357 No. 9 Plutonium – einer der schärfsten Chiliextrakte der Welt
  • 16 Mio. Blair’s 16 Million Reserve – Reines Capsaicin (Sammlerstück für echte Fans – nicht für den Verzehr gedacht)

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„Trinidad moruga scorpion ripe ready to pick“ by Tparsons –
Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Trinidad_moruga_scorpion_ripe_ready_to_pick.jpg#/media/File:Trinidad_moruga_scorpion_ripe_ready_to_pick.jpg

Überhaupt, was es so an Chilisaucen für den Schärfe-Enthusiasten gibt ist schon enorm. Nehmen wir z.B. die oben erwähnte Plutonium-Sauce… Stolze 109 € für 28 g dieses infernalischen Gebräus verlangt der Fachhändler.

Der streng limitierte Extrakt ist extrem zähflüssig, mehr Paste als Sauce. Das macht ihn extrem schwierig zu dosieren, weshalb wir Ihn für den Verzehr nicht empfehlen. Im formschönen Display-Karton ist er als Sammlerstück besser geeignet.

Wir sehen, das Zeug ist kein Spielzeug. Das verdeutlicht sich schon an den weiteren Warnhinweisen, die der Fachhändler chilibox.de dem potentiellen Käufer mit auf den Weg gibt:

  • Dieser Extrakt ist ein Speisenzusatz und darf keinesfalls pur verzehrt werden!
  • Dosieren Sie diesen Extrakt extrem sparsam und verwenden Sie ihn ausschließlich stark  verdünnt!
  • Haut- und Augenkontakt sind unbedingt zu vermeiden!
  • Verabreichen Sie diesen Extrakt niemandem ohne dessen Wissen und Zustimmung!
  • Halten Sie ihn von Kindern und Jugendlichen fern!

Könnte auch auf einer Chemikalienflasche stehen, die der Fachmann dann mit entsprechenden Gefahrstoff Etiketten kennzeichnen würde. Bei reinem Capsaicin wäre das immerhin:

H301 – Giftig beim Verschlucken, H315 – Verursacht Hautreizungen, H317 – Kann allergische Hautreaktionen hervorrufen, H334 – Kann beim Einatmen Allergie, asthmaartige Symptome oder Atembeschwerden verursachen… Das Zeug hats also in sich. Aber dann ist das o.g. Extrakt auch kein reines Capsaicin und ohnehin nur verdünnt und mit entsprechender Vorsicht zu benutzen. Immerhin, schärfer als Pfefferspray, das auch auf Capsaicin setzt. Diese Präparate, nur zur Tierabwehr verkauft, sollten auch nicht leichtfertig eingesetzt werden, da sie als Waffe eingestuft werden ! Interessant ist in diesem Zusammenhang auch die Tatsache, das Pfefferspray – oder Capsaicin im Allgemeinen – in Kombination mit Rauschmitteln sehr unschöne Effekte besitzt… So kann sich die Letalität von Kokain bis um den Faktor x4 verstärken, wenn der Konsument mit Pfefferspray besprüht wird. Über entsprechende Fälle wurde berichtet.

Doch wir wollen ja nicht direkt das Schlimmste annehmen. Doch was tun, wenn die Currywurst mal wirklich zu scharf war ? Aufgrund der guten Fettllöslichkeit des Capsaicins soll Olivenöl gut helfen. Ebenso bewährt ist auch ein schönes Glas kalte Milch. Das kühlt und das enthaltene Casein soll das Capsaicin binden. Erstaunlicher Weise soll eine 10 % Zuckerlösung auch gute Dienste leisten. Wasser hingegen ist, bis auf einen kühlenden Effekt, relativ nutzlos. Hier müsste man erst die Seife hinzunehmen: auch keine gute Lösung, wenn der Mund brennt. Alkohol kann man auch als Lösungsmittel nehmen… Vielleicht ist das ja auch eine Erklärung dafür, warum die Mexikaner gerne Tequila mögen 🙂

Zauberwasser

Wenn man einen chemischen Laien befragt, dann kennt er auf alle Fälle eine chemische Formel. Nämlich die von Wasser, H2O. Ist auch ein wichtiges Molekül, denn ohne es läuft in der Natur nichts, auch beim Menschen nicht, der immerhin zu über 70 % aus Wasser besteht. Auch zum Geld verdienen taugt das Wasser. Nun gut, Mineralwasser aus dem Lebensmitteldiscount gibt es schon für 13 ct je Liter, also nichts mit dem man schnell reich wird. Spannend wird es erst wenn man dieses simple Produkt mit Hilfe moderner Wissenschaft etwas aufmöbelt.

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Nehmen wir z.B. das ominöse Penta Water. Dabei handelt es sich um eine Art hightech Trinkwasser, das 2003 ein Verkaufsschlager in US-amerikanischen Reformhäusern (ja, sowas gibt’s offenbar wirklich) war. Was ist also das Besondere an diesem Wasser ?

Penta Water is ultra purified, energized water that not only fully hydrates, but may also help increase antioxidant activity in your body

— www.pentawater.com – What is Penta ?

Also erst mal supersauberes Wasser. So sauber, dass nicht mal die üblichen Mineralien aus Mineralwasser wie z.B. Magnesium, Calcium, Chlorid oder Sulfat dort enthalten sind. Ok, soweit noch nix besonderes. Schließlich kann man Reinstwasser auch aus dem gut sortierten Chemikalienfachhandel beziehen. Allerdings… Was soll daran jetzt gesund sein ? Sind die Mineralien im Wasser nicht eigentlich das Gesunde ?

Die ausschließliche Verwendung von destilliertem Wasser kann bei einer einseitigen Ernährung zu einer Verarmung des Körpers mit Elektrolyten führen

— http://de.wikipedia.org/wiki/Destilliertes_Wasser

“Besonders” wird dieses Wasser erst durch einen zweite Eigenschaft: Es ist energetisiert ! Ah ja… Der Hersteller nimmt also dieses supersaubere Wasser und ultraschalliert es 11 Stunden lang mit der Konsequenz, dass große Aggregate (Ansammlungen, Cluster) von Wasser in kleine Fünfereinheiten zerkleinert werden.

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Dadurch bekommt dieses Zauberwasser laut Aussage seines Herstellers eine Reihe fabelhafter Eigenschaften, allem voran seine antioxidativen Eigenschaften und seine Fähigkeit den Organismus besser zu hydratisieren. Gerade letzteres ist ja offenbar ideal für Sportler.

Through word-of mouth, Penta Water also developed a reputation in amateur and professional athletic circles for being water that provided faster, more complete hydration, and improved endurance during competition.[…]

Penta Water helps its drinkers be and stay active, alert and healthy.

— www.pentawater.com

Es erhält den Konsumenten aktiv und gesund ? Das tut mein Mineralwasser auch, denn wer nicht trinkt, der macht eher früher als später schlapp. Insgesamt eine eher windige, etwas esoterisch anmutende Angelegenheit. Fehlt eigentlich nur die Aussage: Unser Wasser ist nasser als alle anderen.

imageWer es probieren möchte muss dafür nicht in die USA reisen… Denn auch in good old Europe gibt es sowas, wenn auch nicht so “wissenschaftlich” untermauert. Bei uns heisst es belebtes levitiertes, vitalisiertes oder informiertes Wasser. Auch hier wird durch einen geheimnisvollen Prozess das Wasser in “einen Zustand höherer Ordnung” versetzt. Das ganze mit Hilfe von sog. Naturenergie. Hier horcht der Naturwissenschaftler auf, denn schließlich gibts keine unnatürliche Energie. Das beste dabei ist, es funktioniert ohne Strom und chemische Zusätze zuhause mit einem kleinen Gerät, das man in seine Wasserleitung einbauen kann. Oder auch tragbar in Form eines Belebungsstab, falls man unterwegs sein Teewasser energetisieren will. Und auch dieses Wasser kann eine Menge, z.B. im Lebensmittelsektor beim Backen von Brot oder aber dem Bierbrauen:

Teig wird geschmeidiger und luftiger, Reduktion von Backmittel, längere Frische und Haltbarkeit[…]

feinblasigere Kohlensäure, intensiverer Geschmack der Zutaten […]

— Quelle

Besonders die feinblasige Kohlensäure klingt lecker erfrischend…

Das Beste zum Schluss: Dieses Wasser ist tatsächlich nasser. Denn es soll angeblich eine geringere Oberflächenspannung haben, ergo Gegenstände besser benetzen können. Resultat bessere Waschergebnisse dank “verstärkte[r] Selbstreinigungskraft und erhöhte[r] Lösungskraft”. Warum gibts sowas nicht für’s Labor ? Da lässt sich doch sicher 1a Chemie drin machen. Andereseits… Wir Naturwissenschaftler glauben ja nicht an Wunder, die man nicht nachweisen kann:

Dem Wissenschaftler genügt die nackte Wahrheit nicht, er will auch ihr Röntgenbild sehen.

— H.-J. Quadbeck-Seeger, dt. Chemiker

 

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Bildquelle: Wikipedia, Stichwort Belebtes Wasser