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Wieso platzen Seifenblasen und  kann die Lebensdauer verlängert werden?

Wovon hängt die Farbe der Seifenblasen ab?

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Es ist erkennbar, dass es eine Abhängigkeit der Lösungstemperatur zur Lebensdauer gibt. Während beispielsweise die Lebensdauer bei der Pustefix-Seifenlösung bei 6°C am längsten war, so nimmt die Lebensdauer immer mehr ab, je wärmer die Lösung wird. Dies gilt ebenfalls für die Disney-Lösung. Bei der Spülmittellösung, der Maisssirup-Lösung und der Stärkemischung sind jedoch andere Ergebnisse zu erkennen. Hierbei ist es auffällig, dass bei der Spülmittel- und bei der Maissirup-Lösung die Kontrollgruppe (24°C und Tageslicht)  am schlechtesten abschneidet. Bei der Stärkemischung sind nur minimale Unterschiede zu erkennen. Bei der Lichtstärke sind nur minimale unterschiede zu erkennen. Hierbei ist es auffällig, dass die Pustefix-Seifenblasenlösung am schnellsten bei Tageslicht geplatzt sind, während die Disney Seifenblasen hierbei am längsten überlebt haben. Die Spülmittellösung hat am längsten unter Infrarotlicht überlebt und die Maissirup-Lösung lebte am längsten bei Kerzenlicht. Bemerkenswert ist, dass die Maissirup-Seifenblasen lange auf Oberflächen überlebt haben, die Stärkemischung-Seifenblasen haben viele anläufe gebraucht, da die entstehende Seifenbleisen teilweise sofort geplatzt sind. Dasselbe gilt für die Seifenblasen der Spülmittellösung. Die Disney-Seifenblasen schienen sehr dünn zu sein, die Lösung war sehr wässrig, während die Seifenblasen von Pustefix dick waren, einen gelblichen unterton hatten und die Viskosität der Flüssigkeit war höher als bei Wasser oder bei den anderen Lösungen.

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Seifenblasen schillern in allen Farben des sichtbaren Lichts, also Regenbogenfarben – rot, orange, gelb, grün, blau, indigo und violett. Die einzelnen Farben bewegen sich in unterschiedlichen Wellenlängen.

Dieses Phänomen entsteht nicht, wie bei eine Regebogen durch die Aufspaltung des Lichts, sondern durch Interferenz. Interferenz ist die Überlagerung von zweier oder mehrere Wellenlängen. Dies beruht auf der Interaktion von Lichtwellen auf dünnen und transparenten Schichten. Die Seifenblasenschicht beträgt weniger als ein tausendstel Millimeter. Somit ist die Seifenblasenschicht ungefähr so dick wie die Wellenlänge des Lichtes. Bereits beim Auftreffen auf die äußere Schicht wird ein Teil des Lichtes reflektiert, ein anderer dringt in die Schicht ein und wird erst von der Innenseite zurückgeworfen.

Auf diesem Rückweg treffen sich die beiden Lichtwellen. Dadurch, dass einer von den beiden einen deutlich längeren Weg zurückgelegt hat sind ihre Phasen gegeneinander verschoben und sie schwingen nicht mehr im Takt. Sobald zufälligerweise zwei Wellenberge aufeinandertreffen, werden diese addiert und somit das Licht verstärkt. Dies ist die konstruktive Interferenz. Anders ist es bei der dekonstruktiven Interferenz, dort treffen Wellental und Wellenberg aufeinander. Die Schwingungen heben sich gegenseitig auf und das Licht wird verschluckt.

Das Licht setzt sich aus verschiedenen Wellenlängen zusammen, so wirkt sich auch die Phasenverschiebung der Komponenten unterschiedlich aus. Je nach Dicken der reflektierenden Schichten kann zum Beispiel der blaue Lichtanteil genau um eine Phase gegeneinander verschoben werden und sich damit gegenseitig verstärken, der rote aber nur um eine halbe Phase und sich so auslöschen.

Die Wasserwand einer Seifenblase ist unterschiedlich dick, weshalb sie auch in allen Regenbogenfarben irisiert. Anhand der jeweils reflektierenden Farbe kann man auch die Wandstärke der Seifenblasen erkennen. Schillert die Seifenblase rot (längste Lichtwelle), so ist die Wand noch relativ dick. Ist die Wand blau und grün reflektiert ist die Wand schon dünner. Sobald die Seifenblase am oberen Ende dunkel schimmert, so ist sie kurz vor dem Platzen, da die Wand (Seifenlauge) dort so dünn ist, dass alle Lichtwellen „außer Tritt“ geraten und sich gegenseitig aufheben.4

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Wieso platzen Seifenblasen? Kann man die Lebensdauer verlängern?

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Wieso platzen Seifenblasen? Kann man die Lebensdauer verlängern?

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Eine Seifenblase entsteht, wenn sich Wasser mit Seife vermischt. Beim Aufblasen entsteht eine Kugelform. In Folge der Gravitation läuft die Flüssigkeit zwischen den Seifenfilmoberflächen aus. Dadurch wird der obere Teil der Seifenblasen zunehmend dünner. In Folge des Auslaufsprozesses siedeln sich die Tensid-Moleküle im unteren Bereich der Seifenblase an, wodurch diese an Stabilität gewinnt. Durch die vergleichsweise dünne obere Schicht platzen Seifenblasen für gewöhnlich im oberen Bereich.

Das Verdunsten der Flüssigkeit im Innern der Seifenblase kann man behindern, indem man die Seifenblase in ein Einmachglas pustet. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer einer Seifenblase erheblich.

Ebenfalls kann die Lebenszeit einer Seifenblase verlängert werden, indem die Seifenblasenlösung kühl ist. Dies kann mit Hilfe der Thermodynamik erklärt werden.

Die Temperatur gibt die Durchschnittliche kinetische Energie eines Stoffes an. Demnach, je höher einer Temperatur ist, desto schneller Bewegen sich die Teilchen in einem Stoff. Hierdurch kommt es zu Reibung zwischen den Teilchen, dadurch entsteht das, was wir als Wärme empfinden und die Teilchen fangen an sich zu Streuen, sobald sie sich genügend und stark genug Bewegen. Dies führt nämlich dazu, dass sie ihren Verband verlassen können (Bsp. aus Wasser wird Wasserdampf → Flüssigkeit zu Gas). Je nach vorhandenen Aggregatzustand, müssen Sie jedoch vorher die Oberflächenspannung durchdringen. Die Oberflächenspannung ist stabiler als die Flüssigkeit im inneren selbst, somit benötigt es hierbei mehr Energie, um diesen zu verlassen. Wenn dies geschieht, aber die Oberflächenspannung bereits sehr instabil ist, so kann es passieren, dass diese komplett durchbrochen wird und die Seifenblase platzt.

Kurzgefasst bedeutet dies: Wenn die Temperatur steigt, so bewegen sich die Teilchen schneller. Demnach benötigen sie weniger Energie, um beispielsweise einen Flüssigkeitsverbund zu verlassen. Da eine Seifenblase bereits eine sehr geringe Oberflächenspannung hat, demnach schnell bei Berührung zerstört wird, so tragen die schnell bewegende Teilchen dazu bei, dass die Seifenblase schneller platzt. Bei einer kühleren Lösung bewegen sich die Teilchen weniger schnell. Hierdurch verlassen zum einen weniger Teilchen den Flüssigkeitsverbund und zum anderen wird die Oberflächenspannung aufgrund von der weniger aufständigen Teilchen geringer beansprucht.

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Seifenblasen entstehen aus einem Wasser und Seifengemisch.

Die Moleküle der Seife (=Tenside) drängen sich an die Oberfläche zwischen Luft und Wasser. Dadurch verringern die Tenside die Oberflächenspannung des Wassers wodurch die Grenzfläche ausgedehnt wird. Nun kann man Luft in die Seifenblase pusten ohne dass die Oberfläche sofort zerreißt. Des Weiteren dienen die Seifenmoleküle dazu, dass die Seifenblase nicht austrocknet.

Die Seifenmoleküle zerfallen im Wasser in elektrisch positive und negative Teilchen. Die positiven Teilchen verteilen sich im Inneren der Seifenblasenhaut während der negativen Teilchen in einer dünnen Schicht an der Oberfläche unserer Seifenhaut sitzen. Die negativen Teilchen an der Oberfläche bestehen aus einem hydrophilen Ende, welche Wasser aufnehmen und einem hydrophoben Teil, welcher die Verbindung mit Fett eingeht. Der wasserliebende hydrophile Teil ragt in das Wasser, während das fettliebende hydrophobe Ende in die Luft schaut. Dadurch entsteht eine Schutzschicht aus Seifenmolekülen, die die Verdunstung des Wassers verlangsamt und das Leben unserer Seifenblasen verlängert.

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Die Oberflächenspannung ist temperaturabhängig. Die Oberflächenspannung nimmt mit steigender Temperatur ab, d.h. die Oberflächenspannung wird geringer. Daraus folgt, dass Seifenblasen im Sommer kürzer überleben als im Winter.

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Jeder Stoff besitzt eine Oberflächenspannung. Wasser besitzt eine hohe Oberflächenspannung, wohingegen die Oberflächenspannung der Seife gerade mal ein Drittel der Wasseroberflächenspannung beträgt. Deshalb ist es auch fast unmöglich Seifenblasen nur mit Wasser aufzublasen, da die Oberflächenspannung des Wassers zu hoch ist. Dies ist auch der Grund wieso wir die Seife benötigen, dass diese die Oberflächenspannung verringert. Der Luftdruck in einer Seifenblase ist höher als außerhalb.

Die Oberflächenspannung ist auch der Grund für die Kugelform. Durch die Minimierung der Oberfläche zwingt sie die Blase in diese Form. D.h. die Seifenblase formt sich direkt nach dem Aufblasen in einen stabilen Zustand. Die Oberflächenspannung zieht die Seifenblasen auf die kleinstmögliche Fläche zusammen, gleichzeitig drückt aber die Luft im Inneren dagegen, sodass sich die Blase zu einer Kugel formt. Durch die Kugelform hat die Blase den kleinsten Umfang, kann aber somit den größtmöglichen Inhalt einschließen.

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Seifenblasen können einfrieren. Entweder im Flug bei einer Temperatur von -10°C oder wenn man das Seifenmittel für ca. 15 min einfriert. Die Seifenblasen zerplatzen erst nach mehreren Minuten. Seifenblasen können auch im Schnee gefrieren durch das Wachsen von Eiskristallen, dies dauert bis zu 2 Sekunden.

Dies geht auch mit der Marke von Pustefix, allerdings halten diese dann nicht so lang. Der wichtigste Bestandteil für eine Seifenblase zum Gefrieren zu bringen ist Zucker. Zucker stabilisiert die Hülle der Seifenblase und geht dementsprechend nicht so schnell kaputt.

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Lisa Piglo
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Rebecca Sick
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Zuerst wird die Abhängigkeit zwischen der Lebensdauer und der Seifenblasenlösung unter den üblichen Umständen (Tageslicht & Zimmertemperatur) überprüft.

Es wird dann die Abhängigkeit der Lebensdauer mit der Lichtart getestet, weswegen wir nicht nur im Tageslicht die Seifenblasen generieren, sondern auch unter Infrarotstrahlung, unter Kerzenlicht und unter in kompletter Dunkelheit. Mithilfe eines Luxmeters wird die Lichtstärke gemessen und die Lösung wird Zimmertemperatur (24°C) haben.

Auch wird die Abhängigkeit zwischen der Lebensdauer und der Lösungstemperatur herausexperimentiert. Hierfür werden die diverse Gemische zum einen auf 60°C erhitzt und auf 7°C gekühlt. Die Temperatur wird mittels einem Infrarotthermometers gemessen und die Versuchsreihe wird unter Tageslicht durchgeführt.

Die Messreihen werden dann mithilfe von (Streu)Diagramme dargestellt. Es wird die Standardabweichung, der Mittelwert, die Dispersionsmaße und die Korrelation ermittelt.

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Wie in vielen Experimenten, die außerhalb des Labors durchgeführt werden, entstehen einige Messfehler. Aufgrund von unserer Messmethode kam es zu Reaktionszeitfehlern (0,5 bis 1 Sekunde Verzug) und zu Verzugsfehlern. Letzteres entstand, da die Zeit ab der ersten entstandenen Seifenblase gemessen worden ist, jedoch die am längsten überlebte Seifenblase beobachtet wurde. Hier wurde dabei nicht berücksichtigt, wann  sie beim blasen entstanden ist, da teilweise 60 Seifenblasen aus einem "Zug" kreiert worden sind.
Ebenfalls wurde die Luftfeuchtigkeit und die Außenlichtstärke nicht gemessen, welche ebenfalls einen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Des weiteren wurden die Messungen zur Zusammenhang zwischen Lebensdauer und Lichtstärke in einem isolierten Raum durchgeführt, wohingegen die anderen Messwerte im Freien getätigt worden sind.

Nichts desto trotz zeigen die  Ergebnisse relevante zusammenhänge, die ebenfalls mit der Theorie unterstützt werden können.