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Naturwissenschaftliche Experimente

Experimente mit (Oster-)Eiern

Eier sind wahre Konstruktionswunder. Das entdecken die Schüler bei spannenden Experimenten im Sachkundeunterricht.

Naturwissenschaftliche Experimente: Experimente mit (Oster-)Eiern Auch das Eierfärben kann zum Experiment werden: Mit welchen Pflanzen kann man welche Farben erzielen? © Arina P Habich/shutterstock.com

Eier-Titschen zu Ostern kennen die meisten Kinder: Hartgekochte Eier werden gegeneinandergeschlagen. Gewinner ist der, dessen Ei unversehrt bleibt. Wie aber ist das mit rohen Eiern: Was halten die aus? 
Das demonstriert anschaulich das kurze Video „Warum sind Eier so stabil?“ aus der Reihe „Wissen macht Ahh!“ 

Schließt man die Faust um ein rohes Ei und drückt zu, passiert — nichts. Das Ei bleibt heil, nicht nur, weil sich die Druckkräfte auf der gebogenen Oberfläche gleichmäßig verteilen. Auch Material und Struktur der sehr dünnen Schale von 0,3 bis 0,4 Millimeter Dicke trägt zur extremen Stabilität des Eis bei: Calciumcarbonat ist sehr fest und besteht zudem noch aus säulenförmigen Kristallen, die „sehr eng aneinander gelagert“ sind, wodurch sich der Druck wiederum verteilt. An dieser Stelle bietet sich auch ein kurzer Exkurs zum Fakirbrett mit seinen vielen eng beieinander liegenden Nägeln an. 

Wenngleich ein unbeschadetes rohes Ei in der Faust schier nicht kaputt zu kriegen ist, empfiehlt es sich doch, dieses Experiment besser im Freien oder über dem Waschbecken zu machen: Manchmal sind Eier nicht sichtbar, aber doch leicht lädiert und brechen dann. 

Dünn, aber oho — der Eierschalentest

Wie viel Druck ein Ei aushält, ergründen die Schüler auch mit dem Eierschalentest, den Birgit Bender auf der Website wissen.de vorstellt: Jeder Schüler braucht dafür vier möglichst gleich große, ähnlich geformte und hart gekochte Eier. An der dicksten Stelle umklebt man sie mit einem Klebestreifen, um sie dann mit einem scharfen Messer möglichst splitterfrei zu teilen. Anschließend auslöffeln, und dann die vier unteren Schalenhälften so auf den Tisch legen, dass sich die Schalen dabei berühren. Dann ein Brett auflegen und darauf Gewichte oder einfach ungeöffnete Konservendosen stellen, so lange, bis die Eierschalen brechen. Auch hier bringt die Arbeit in gegeneinander spielenden Kleingruppen Spannung in die Sache: Die Schüler schätzen vor dem Belastungstest, was ihre Eierschalen aushalten. 

Prof. Dr. Nicole Marmé und Dr. Jens-Peter Knemeyer von der Pädagogischen Hochschule Heidelberg führen diesen Versuch zusätzlich mit ausgeblasenen, stehenden und liegenden Eiern durch (vgl. dazu die Sammlung von Unterrichtsmaterialien auf der Website des sozialen Wissenschafts-Netzwerks researchgate.net). Was hält am besten? Das Konstrukt mit den halben Eiern, „weil das Gewicht auf die größte Fläche verteilt wird“, so die beiden Didaktiker in der Musterlösung zu dem Schülerarbeitsblatt ihrer Materialien (PDF, S. 31).

Ist mehr als ein Projekttag eingeplant, könnten die Schüler auch bei einer kleinen Exkursion in der näheren Umgebung der Schule erkunden, wie und wo die günstigen statischen Eigenschaften von Ei- und Bogenform genutzt werden, zum Beispiel in der Architektur. 

Das besondere Experiment: Ei in der Milchflasche

Ein weiterer Versuch von Prof. Dr. Nicole Marmé und Dr. Jens-Peter Knemeyer (Materialien S. 7, Link s. o.) demonstriert noch einmal, wie stabil das Ei ist: Die Lehrkraft legt ein Ei mit der Spitze nach unten auf eine leere Milchflasche, deren „Flaschenhals (...) etwas enger ist als der Durchmesser des Eies“ (ebd.). Um „um zu demonstrieren, dass das Ei wirklich nicht in die Flasche passt“, darf ein Schüler oben etwas drücken. Dann die Flasche mit heißem Wasser spülen, bis sie heißt ist, und das Ei wieder obenauf legen und den Flaschenhals luftdicht verschließen. Verblüffend: „Nach einiger Zeit wird das Ei (scheinbar von Geisterhand) langsam durch den Flaschenhals gezogen“ (ebd.). Wie geht das? Durch das heiße Wasser dehnt sich die Luft aus und verlässt teilweise die Flasche. Beim Abkühlen zieht sich die verbleibende Luft in der Flasche zusammen, es entsteht ein Unterdruck, „so dass das Ei von der Luft außerhalb der Flasche hineingedrückt wird“ (ebd.).

Wie bei allen Versuchen beschreiben die Schüler den Ablauf und ihre Beobachtungen kurz auf dem zugehörigen Arbeitsblatt (PDF, S. 9). Dann erklärt der Lehrer, was passiert ist, und die Schüler rekapitulieren die Erläuterung mit einem kurzen Lückentext. „Und wie kommt das Ei wieder aus der Flasche heraus?“ Hier heißt es, das Gelernte anwenden und die Antwort begründen. 

Luft im Ei sichtbar machen und erklären

Ist Luft im Ei? Dieser Frage gehen die Schüler im nächsten Experiment nach. Dazu legt man mit einem Löffel vorsichtig ein rohes Ei in ein Glas mit heißem Wasser. Nach einigen Sekunden bilden sich Bläschen auf der Spitze des Eis, die sich dann lösen und an die Oberfläche steigen. Warum ist das so? Ganz einfach: Durch die Erwärmung dehnt sich die Luft im Ei aus und entweicht durch die Poren der Schale. 

Doch warum ist überhaupt Luft im Ei? Die Luftblase versorgt das Küken im Ei mit Sauerstoff braucht. Dabei sind die ca. 10.000 Poren in der Schale „so klein, dass Wasser nur langsam in das Ei eindringen kann, aber groß genug, dass die sich ausdehnende Luft aus dem Ei entweichen kann“. Hier ist wieder das gleiche Prinzip zu beobachten, wie beim Ei in der Milchflasche: Bei Wärme dehnt sich die Luft aus und entweicht durch die Poren. Wenn die Luft abkühlt, zieht sie sich wieder zusammen und „neue Luft strömt in das Ei“ (ebd., S. 13 des PDFs).

Auch dieses Experiment lässt sich mit den Materialien von Prof. Dr. Nicole Marmé und Dr. Jens-Peter Knemeyer begleiten: Auf S. 3 des oben verlinkten PDFs sehen die Kinder den Aufbau eines Hühnereis mit Dotter, Eiklar und Membranen. 

Beim Versuch mit dem „springenden“ Ei (ebd., S. 19) wird die Schale eines rohen Eis in Essig abgelöst: Beim Auflösen der Eierschal bilden sich zunächst Luftblasen, bis nur noch Calcium zurückbleibt, das „leicht vom Wasser gelöst werden“ kann. Damit ist die äußere weiche Haut des Eis, die Membran, freigelegt. Durch die „nackte“ Membran kann Wasser in das Ei eindringen, „so dass es regelrecht ‚aufgepumpt‘ wird“. Das „stramme Ei“ verhält sich wie ein Gummiball, wenn man es fallen lässt. Bei zu großer Fallhöhe platzt es allerdings. 

Eier-Wissen übertragen auf den Alltag

Noch genießbar oder schon verdorben? Ein Crashkurs in Sachen Frischetest von Eiern findet sich auf FOCUS ONLINE. Dazu gibt man das Ei in einen Topf mit Wasser: „Liegt das Ei waagerecht am Boden, ist es noch frisch. Stellt es sich am Boden leicht auf, sollten Sie es 5vor dem Verzehr erhitzen. Schwimmt es oben, ist es nicht mehr genießbar“, schreibt der Autor Sebastian Follmer.

Um herauszufinden, ob ein Ei roh oder gekocht ist, versetzt man es einfach — wie einen Kreisel — auf glatter Fläche in Rotation. Gekochte Eier drehen sich wesentlich gleichmäßiger als die rohen, was Marmé und Knemeyer so erklären: Eiweiß, Eigelb und Schale sind beim rohen Ei nicht verbunden, weshalb man „nur die Schale“ dreht, „während das Ei im Inneren zunächst in Ruhe bleibt“, erläutern die Physiker Nicole Marmé und Jens-Peter Knemeyer in ihren oben verlinkten Materialien (S. 10 PDF). Nur langsam werde „die Rotationsbewegung (...) auf das flüssige Ei übertragen“ (ebd.). — Auch hier wieder eine gute Gelegenheit, in Gruppenarbeit Punkte zu sammeln: Die Schüler prüfen in ihrem Team eine bestimmte Anzahl von Eiern, unter denen sich auch ein hart gekochtes befindet. Wenn dieses richtig „identifiziert wurde, gibt es zur Belohnung ein Schokoladenei.

Martina Niekrawietz

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