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Kristallzüchtung (Calciumacetat)

Physik

© 2025


Grundidee｜ Material｜ Einfachst mögliche Variante｜ Schnellst mögliche Variante｜ Pilotversuch Sept./Okt. 2025｜ Fußnoten


Grundidee


Man löst Schalen von Muscheln in Essigessenz auf. In der so entstandenen Flüssigkeit befindet sich dann gelöstes Calciumacetat. Aus diesem Calciumacetat kann man mit wenige Aufwand nadelartige und knollige Kristalle züchten.



Bildbeschreibung und Urheberrecht
Aus rund 150 ml Lösung von etwa 10 Gramm Muschelschalen in Essigessenz entstanden durch Eindampfen auf der Heizplatte eines Magnetrührers über 30 Minuten hinweg viele helle bis ockerfarbene (Verunreinigungen an den Muschelschalen) Kristalle von Calciumacetat. Das Photo entstand eine Woche nach dem Eindampfen: Der schlammartige Niederschlag im Becherglas wog insgesamt fast 32 Gramm. Die Struktur der Oberfläche am Boden war nadelartig mit einem große Wirbel an Nadeln ähnlich der Spiralform der Körner einer Sonnenblume in der Blüte. Im kleinen Bild unten sieht man rechts eine noch unverbrauchte Lösung von 150 ml Calciumacetat.☛


Material


  • Einige Muschelschalen (z. B. Herzmuscheln)[1]

Einfachst mögliche Variante


Die hier beschriebene Variante funktioniert mit der kleinst möglichen Anzahl an Geräten oder Materialarten. Es ist die simpelste Möglichkeit, um Kristalle aus Calciumacetat zu züchten. Der Preis für den geringen Aufwand an Material ist jedoch die lange Versuchsdauer von bis zu vier Wochen. Bei Raumtemperatur in einem offenen Gefäß nahm in einem Versuch die Höhe von Wasser pro Tag um etwa einen Millimeter ab.[4]

Lösung herstellen

  • Nimm zum Beispiel 6 Klappen von Herzmuscheln.
  • Damit kommt man auf eine Masse von vielleicht 20 Gramm.
  • Nimmt rund 300 Milliliter Essigessenz mit 25 % Konzentration.
  • Gib die Schalen und die Essigessenz zusammen in den Messbecher.
  • Wenn man kleine Gasbläschen von den Schalen aufsteigen sieht, läuft die Reaktion.
  • Lasse alles so lange stehen, bis sich die Muschelschalen ganz aufgelöst haben.
  • Je nach Temperatur kann das ein bis zwei Tage dauern.

Kristallzüchtung

  • Nimm die selbst hergestellte Lösung von Calciumacetat in dem Becherglas.
  • Stelle das Becherglas dann irgendwo ohne Decke hin.
  • Warte so lange bis die Flüssigkeit ganz verdampft ist.
  • Das kann ein oder zwei Wochen dauern.
  • Im Becherglas sieht man am Ende am Boden und den Wänden die weißen Kristalle.

Schnellst mögliche Variante


Um den ganze Ablauf auf eine bis wenige Stunde zu verkürzen kann man die Lösung bis knapp unter den Siedepunkt erhitzen. Das beschleunigt sowohl das Auflösen der Muschelschalen als auch das spätere Eindampfen der Lösung. Ein Magnetrührer mit Rührfisch[3], der die erhitzte Lösung ständig umrührt, kann bei zum Beispiel 900 Umdrehungen pro Minute das Verdampfen noch einmal beschleunigen.

  • Verdunsten bei Raumtemperatur: etwa 1 mm pro Tag
  • Verdampfen bei Kochtemperatur: etwa 1 mm pro Minute

In einem Pilotversuch konnten auf einer Heizplatte mit Magnetrührer in einer halben Stunde gut 150 Milliliter Flüssigkeit verdampft werden. In einem früheren Versuch kann man auf eine Höhenabnahme von etwa 0,6 bis 0,8 Millimetern pro Minute bei kochendem Wasser (ohne Rührer), unabhängig vom Durchmesser des Becherglases.[5]

Pilotversuch Sept./Okt. 2025


Dieser Versuch entstand im Rahmen eines größeren Projektes. Das übergeordnete Ziel ist es, aus Sand eine Art künstlichen Sandstein zu machen. Die Idee ist es, dass ein Stoff wie zum Beispiel Salz, Kalkstein oder auch Calciumacetet zwischen den Sandkörnern wachsend Kristalle ausbildet, die die Körner dann verbacken oder verkitten. In der Fachsprache der Geologie nennt man das zementieren.

Protokoll

  • 28. August 2025: wir hatten vielleicht drei Einzelklappen von Nordsee-Muscheln in Essigessenz aufgelöst.
  • 3. September: ich hatte mit einem anderen Schüler das auch noch einmal gemacht, allerdings mit verschmutzten Muschelschalen mit Erdresten. Darunter waren auch Schalenteile von Sandklaffmuscheln. ✔
  • 4. September 2025: Wir haben heute beide Lösungen zusammen gekippt. Dann haben wir die neu entstandene Lösungsmenge von über 300 Millilitern einmal filtriert. Wir benutzen Melitta-Flachfilter mit vielleicht 10 Mikrometer Porengröße. ✔
  • 11. September 2025: Wir haben 150 ml der 300 ml-Lösung mit vielleicht 20 g in Essigessenz aufgelösten Schalen bei voller Hitze auf dem Magnetrührer über 35 Minuten verdampft. Aus 150 ml wurden so etwa 80 ml. Die Temperatur der Lösung war etwa 86 °C (gemessen). Der Magnetrührer war zunächst auf 900 U/min eingestellt. Bei abnehmender Wassertiefe erzeugte er aber große Spritzer, sodass wir ihn auf etwa 500 U/min herunter regelten. Der kondensierte Dampf hinterließ auch außerhalb des Messbechers überall Spuren von weißem Kristallisat. Oona hat Notiz und Film und Bilder. ✔ Am Ende der Erhitzung waren im Becherglas noch knapp über 100 Milliliter Flüssigkeit am Boden. Auf der Flüssigkeit war eine schon dicke Schicht weißer schwimmender Kristalle zu sehen.
  • 18. September 2025: Vom 11. September bis heute stand das Becherglas offen im Raum. Die Flüssigkeit ist weitgehend verdunstet. An den Glaswänden und am Thermometer sind knollig, schimmelpilzartige weiße Kristalle gewachsen. Der Boden war bis knapp 1 cm Höhe gallertagig massiv zugewachsen. Die Konsisten war wie die von Schneematsch, die Farbe weiß. Die Textur war nadelartig, spinnwebenhaft. Wahrscheinlich handelt es sich bei den meisten Kristallbildungen um Calciumacetat mit eingelagertem Kristallwasser. Der Messbecher und das gesamte Acetat haben zusammen insgesamt 218,4 Gramm gewogen. Dann wurde das feucht-matschige Acetat in einen Messingbecher (Leermasse 270,4 Gramm) umgefüllt. Der Messingbecher mit dem Acetat wog dann 302,1 Gramm. Das bis auf wenige Schmierreste mit einem Metallspatel leergekratzte Becherglas wog 186,5 Gramm. Damit kommt man auf eine Masse des Acetats von 31,4 Gramm. Die Acetat-Masse über die Differenz der Becherglasmassen ist (218,4-186,5) Gramm oder 31,9 Gramm. Zuletzt wurde das matschige Acetat mit einem Spachtel wieder zurück in das Becherglas zurückgefüllt. Die Gesamtmasse Becherglas mit Acetat war dann 217,5 Gramm. Pro Umfüllvorgang sind dann also etwa 0,5 Gramm Masse verloren gegangen. Fazit: der Calciumacetat-Matsch hatte eine ungefähre Masse von fast 32 Gramm.
  • 25. September 2025: Der Becher mit dem eingetrockneten Präzipitat wog insgesamt etwa 200,9 Gramm. Damit wiegt die weiße Acetatmasse nach einer weiteren Woche an der Luft 200,9-186,5 Gramm, also nur noch 14,4 Gramm. Vermutlich handelt es sich um Calciumacetat mit zwei eingelagerten Molekülen Wasser pro Molekül Calciumacetat.

Fußnoten


  • [1] In einem Pilotversuch 2025 wurden die Klappen von Herzmuscheln von der Nordseeinsel Wangerooge genommen. Die typischen Massen einen einzelnen Klappe schwankten zwischen meist 1 bis 4 Gramm. Siehe auch Muschelprobe I Rohdaten ↗
  • [2] Essigessenz ist ein Lebensmittel und ist in jedem größeren Kaufladen für Lebensmittel erhältlich. Siehe auch Essigessenz ↗
  • [3] Mit Magnetrührer ist hier eine Heizplatte mit eingebauten Rührer gemeint. Der Rührer ist nicht zwingend notwendig. Es ginge auch eine einfache Heizplatte ohne Rührer. Siehe auch Magnetrührer ↗
  • [4] Wasser verdunstet recht langsam. In einem Versuch aus dem Jahr 2019 dauerte es gut 23 Tage bis 40 ml (gleich 40 cm³) Wasser in einem Becher mit 4,7 cm Innendurchmesser bei Raumtemperatur verdunstet waren. Das entspricht etwa einem Millimeter weniger Wasserhöhe pro Tag. Siehe auch Verdunstungsversuch (Wasser) ↗