Sirup-Mix-Versuch

Physik

Grundidee｜ Videos｜ Kurzanleitung｜ Praktische Tipps｜ Schnelle Mixtur｜ Gute Sichtbarkeit｜ Salzlake als Alternative｜ Einflussfaktoren｜ Die Kontaktfläche｜ Die Dichte｜ Die Diffusion｜ Die Löslichkeit｜ Fußnoten

Grundidee

Wenn man möglichst ohne aktives Rühren und möglichst schnell Sirup mit Wasser zu einem gleichförmigen (homogenen) Getränk vermischen will, ist es besser, das Wasser in den Sirup zu schütten und nicht umgekehrt.^[1] Wie man Lebensmittel optimal mischen kann ist eine wichtige Frage in der Lebensmittelindustrie.^[2]

Videos

Orangensirup aus dem Supermarkt^[5] mit einer Dichte von etwa 1,2 g/cm³ mischt sich nicht besonders gut mit Wasser, wenn der Sirup ins Wasser gekippt wird. Am Ende bleibt eine gut erkennbare Bodenlage Sirup unterhalb einer blassen Oberschicht von klarerem Wasser übrig. Man spricht von einer Schichtung.

Kippt man eine größere Menge Wasser in wenig Sirup, ergibt sich direkt nach dem Kippen schon eine gute Durchmischung.

Kurzanleitung

Man kippt schweren gut gefärbten Sirup zum Anrühren von Süßgetränken in ein Glas. Wenn der Sirup etwa 2 Zentimeter hoch im Glas ist, ist es gut. Dann füllt man das Glas bis oben mit Leitungswasser auf. Im nächsten Schritt geht man umgekehrt vor: man füllt das Glas fast ganz mit Wasser auf und gibt am Ende in etwa so viel Sirup dazu wie vorher. Im ersten Fall werden sich Sirup und Wasser gut und schnell durchmischen, im zweiten Fall eher nicht. Das sagt zumindest die Literatur.^[1]^[2]

Praktische Tipps

Schnelle Mixtur

Möchte man schnell ein fertig vermischtes Getränk als Mixtur herstellen, ist es am besten, zuerst die gewünschte Menge Sirup ins Glas zu füllen. Dann kippt man das Wasser möglichst zügig und aus möglichst großer Höhe noch dazu. Das gibt den besten Effekt.

Wasser schnell aus großer Höhe in Sirup kippen: gute Durchmischung

Wasser langsam aus niedriger Höhe auf Sirup kippen: schlechte Durchmischung

Sirup egal wie ins Wasser kippen: schlechtere Durchmischung

Gute Sichtbarkeit

Farbig

Fruchtsirup ist oft gefärbt. Damit kann man leicht bequem erkennen, wie sich der Sirup und das Wasser getrennt verhalten.

Ungefärbt

Man kann den Versuch aber auch mit einer Lösung von Zucker in Wasser durchführen. Eine solche Lösung ist nicht farbig, verhält sich von den Bewegungen aber her genau so wie Sirup. Was man mit etwas hinsehen dann gut erkennen kann sind sogenannte Schlieren. Die Flüssigkeiten sehen an manchen stellen klar, an anderen wie verwaschen aus. Die verwaschen und unscharf wirkenden Bereiche sind die Schlieren. Siehe dazu auch den Artikel zur 👉 Schliere

Salzlake als Alternative

Wenn man keinen Sirup zur Hand hat oder für den Versuch verschwenden will, dann kann man auch auf andere Flüssigkeiten zurückgreifen. Gegen Sirup aus Zuckerwasser spricht auch seine Klebrigkeit. Sehr gut bewährt "Salzsirup", das heißt eine hochkonzentrierte Lake aus Salzwasser. Dort erkennt man den Vorgang der Mischung sehr gut an den Schlieren.

Dieses Video zeigt Schlieren aufgrund unterschiedlicher Dichten von Salzwasser. Man hat den Eindruck, als ob die Schlieren zum Ende des Videos hin auch eine Schichtung andeuten könnten. Siehe auch 👉 Schweben

Salzlaken kann man leicht selbst herstellen. Man nimmt zum Beispiel einen Liter heißes Leitungswasser und gibt 400 Gramm billiges Salz (NaCl) dazu. Damit hat man mehr Salz als für eine gesättigte Lösung nötig wäre. Schnell löst sich ein großer Teil des Salzes auf. Doch erst wenn ein Teil des Wassers zu verdunsten beginnt, und sich kleine treibende Inseln aus Salzkristallen zeigen, ist unserer Erfahrung nach die maximal möglich Dichte wirklich zuverlässig erreicht. Siehe mehr unter 👉 Salzlake

Einflussfaktoren

Die Kontaktfläche

Fällt das Wasser aus großer Höhe in den Sirup, kann es wegen seiner Fallenergie^[3] den Sirup zur Seite drängen. Dann dringt es tiefer in Richtung Boden vor. Dann strömt es in dieser Tiefe hin zu den Seiten. Das leichter Wasser hat jetzt also eine Schicht unter dem dichteren und schweren Sirup ausgebildet. Damit hat sich auch eine große Kontaktfläche zwischen den zwei Flüssigkeiten ausgebildet. Diese große Kontaktfläche fördert die Durchmischung. An der Kontaktfläche kommt es zu einer Diffusion und Lösung. Und die Kontaktfläche wird noch größer, wenn der schwere Sirup von oben in die darunterliegende leichtere Schicht aus Leitungswasser einbricht.

Die Dichte

Sirup ist Wasser mit sehr viel darin gelöstem Zucker (chemisch auch Saccharose genannt) sowie weiteren möglichen Zusatzstoffen wie Farbstoff und Aromen. Solcher Sirup ist deutlich dichter als reine Leitungswasser.

Etwa 1,0 Gramm pro Kubikzentimeter 👉 Wasserdichte

Etwa 1,2 Gramm pro Kubikzentimeter^[4] für Orangensirup^[3] als Lebensmittel

Etwa 1,3 Gramm pro Kubikzentimeter 👉 Löslichkeit von Saccharose [Zucker]

Kippt man Sirup in Wasser, sinkt dieser sehr schnell zu Boden. Da er deutlich dichter ist, bleibt er dort und bildet eine zunächst stabile Schicht aus.

Die Diffusion

Bei einer Diffusion wandern Teilchen einer Flüssigkeit durch zufällige Bewegungen nach und nach in das vorherige Gebiet der anderen Flüssigkeit ein. Je kälter die beteiligten Flüssigkeiten sind, desto langsamer läuft die Diffusion ab. Im Falle von Fruchtsirup dauert die Diffusion oft Minuten bis Stunden, bis sie zu einer guten Durchmischung geführt hat.

Die Löslichkeit

Zucker und Wasser gehören beide zu den sogenannten polaren Stoffen. Nicht polar wären zum Beispiel Wachs, Salatöl oder Benzin. Polare Stoffe lösen sich untereinander gut auf. Da nun Sirup und Wasser beide aus polaren Stoffen bestehen, werden sie sich mit der Zeit ineinander auflösen. Am Ende (nach vielen Minuten oder Stunden) wird man in der Mischung keine Zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten mehr erkennen können. In der Sprache der Chemie wäre zwei unterscheidbare Bestandteile einer Mischung zwei Phasen. Lässt man Sirup und Wasser nur ausreichend lange stehen, werden alle sichtbaren Unterschiede verschiedene und am Ende ist die Flüssigkeit ganz gleichförmig, das heißt homogen. Siehe auch 👉 Löslichkeit

Fußnoten

[1] Gießt man Wasser in schweren Sirup, gibt es eine gute "Vermengung". Gießt man Sirup in Wasser bildet sich eine klare Schichtung mit "geringer Vermengung". In: H. Joachim Schlichting: Ohne Rühren zur perfekten Mischung. Spektrum der Wissenschaft 6 (2026), S. 40 – 41.

[2] Ezgi Pulatsu, Kathleen Feigl; Blending physics in food studies. Physics of Fluids 1 November 2023; 35 (11): 110403. Online: https://doi.org/10.1063/5.0183605

[3] Die Fallenergie sagt in etwa, wie viel Arbeit das Wasser nach dem Aufschlagen auf den Sirup verrichten kann. Je größer die anfängliche Höhe des gefallenen Wassers, desto mehr Fallenergie am Ende. Siehe dazu auch den Artikel zur 👉 Fallenergie

[4] In einem Messzylinder aus Kunststoff wogen 250 Milliliter 290 Gramm. Das gäbe eine Dichte von 1,16 g/cm³. Mit einer Dichtespindel wurde eine Dichte von 1,2 g/cm³ gemessen.

[5] RAAK vruchtensiroop, sinaasappel/orange, verkauft in einer 0,75 Liter Flasche, hergestellt von United Soft Drinks BV, Utrecht. Hauptinhaltsstoff ist laut Flaschenetikett: Glucose-Fruktose Sirup, Zucker, Wasser, Orangensaft aus Fruchtsaftkonzentrat (11 %). Der Brennwert liegt laut Etikett bei 117 kJ für 100 ml, pro 100 ml sind 6,7 g Zucker und insgesamt 6,9 g Kohlenhydrate sowie jeweils 0 Gramm Fette, Eiweiße oder Salz enthalten. Dichte 1,2 g/cm³. Siehe auch 👉 Sirupdichte