Frühaufsteher werden belohnt

LaborantInnen müssen frühaufstehen

Was nach einer alten Labor-Weisheit klingt, wurde für die Chemie- und Physik-eA-Kurse Klasse 12 am 03.September 2020 bittere Wahrheit. Die fast ein Jahr lang geplante Exkursion in das Göttinger XLAB Physiklabor konnte, trotz der durch Corona bedingten Einschränkungen, zur Freude der Lehrer und Schüler durchgeführt werden. Zusammen mit Frau Seiler und Herrn Beuster haben wir die Fahrt unternommen. Und um in diesem international renommierten Labor arbeiten zu können, begann unsere Busfahrt von Erfurt nach Göttingen bereits um 6 Uhr. Diese wurde dann auch von vielen Schülern genutzt, um etwas Schlaf nachzuholen. In Göttingen angekommen war die Vorfreude auf die Experimente groß. Zunächst teilten wir uns in drei Gruppen: Chemie, Physik, Bio-Chemie.

Chemie:

Tenside und Waschmittel zu untersuchen, klingt zunächst eher langweilig und uninteressant. Was soll schon spannend an ein paar Reinigungsartikeln sein? Die Exkursion zeigte jedoch, dass mehr hinter diesen Fleckentfernern steckt. Nachdem uns anschaulich die Wirkung von Tensiden, Seifen und Waschmitteln erklärt wurde, konnten wir auch selbst im Labor einige Versuche starten. Dabei stellten wir nicht nur selbst Seife her, sondern produzierten zudem einen magentafarbenen, milchartigen Schaum und brachten Lösungen zum Leuchten. Auch wenn nicht alle Versuche klappten und wir viel Zeit, damit verbrachten, auf eine Reaktion zu warten, konnten wir gemeinsam einen sehr amüsanten und lehrreichen Tag verbringen. Außerdem beantwortete uns eine Studentin, die selbst zu diesem Zeitpunkt Chemie und Spanisch auf Lehramt studierte, jegliche Fragen rund um ein Chemiestudium.

Bio-Chemie

Im Labor angekommen haben wir Experimente zu verschiedenen chemischen beziehungsweise biochemischen Themen durchgeführt, unter anderem zur Enzymkinetik. Nach einer theoretischen Einführung beziehungsweise Wiederholung zu den Enzymen, ihren Funktionen und ihrer Bedeutung durch Herrn Dr. Gries, konnten wir mit dem Experimentieren beginnen. Dabei beschäftigten wir uns mit dem Stoffwechselenzym ADH (Alkohol-Dehydrogenase). Dieses Enzym befindet sich vor allem in der Leber und leitet dort den Alkoholabbau ein. Denn durch das ADH wird Ethanol (Trinkalkohol) zu Acetaldehyd oxidiert und später, durch ein weiteres Enzym namens Aldehyd-Dehydrogenase, zu Essigsäure umgebaut. Die Bildung von Acetaldehyd beim Ethanol-Abbau lässt sich nur indirekt beobachten, da beide Stoffe, Ethanol und Acetaldehyd, farblos sind. Jedoch entsteht bei dieser Reaktion das Coenzym NADH, dessen Absorptionsverhalten man nutzt, um die Veränderungen der Substratkonzentration (hier: Ethanolkonzentration) und damit die Enzymaktivität beobachten und messen zu können. Dazu kommt ein sogenanntes Photometer („Lichtmesser“) zum Einsatz. Mit diesem Gerät lässt sich die Intensität des Lichtes einer bestimmten wählbaren Länge vor und nach dem Durchtritt durch eine wässrige Probelösung messen. Befindet sich zum Beispiel NADH in der zu untersuchenden Lösung, so kann Licht mit einer bestimmten Wellenlänge diese nicht mehr so gut durchstrahlen. Dieses „Verlorengehen“ von Licht bezeichnet man als „Absorption“ (lateinisch: aufsaugen, aufnehmen). Steigt also die Absorption, steigt auch die NADH-Konzentration. Daran lässt sich dann nicht nur die ADH-Aktivität beobachten, sondern auch die Geschwindigkeit der ADH-Reaktion ermitteln. Mithilfe dieses Wissens konnten wir zudem die Ethanolkonzentration einer unbekannten Lösung bestimmen, wie es beispielsweise auch bei einem Blutalkoholtest erfolgt. Es ist doch immer wieder erstaunlich wie komplex alltägliche Prozesse in unserem Körper sind und wie viel Spaß das Arbeiten im Labor macht. Alles in Allem hatte sich das frühe Aufstehen doch gelohnt und wir konnten aus dieser Exkursion sehr viel mitnehmen.

Physik

Ziel der Exkursion in den Bereich Physik war es, mit vier Experimenten, die in zwei Gruppen und unter Anleitung des dortigen Fachpersonals durchgeführt wurden, einen praktischen Einstieg in zwei große Themengebiete zu geben: Die Quantenmechanik und die Kernphysik.

Das erste Experiment war eine Untersuchung der Abschirmbarkeit verschiedener radioaktiver Präparate mittels Papiers. Hierzu wurde ein radioaktiver Strahler einem Geiger-Müller-Zählrohr gegenübergestellt und nach dem Dazwischenschieben einzelner Papiere jeweils die Aktivität des Präparats gemessen. Dies erfolgte bis zu einer Stärke von 18 Blatt Papier. Anhand der ermittelten Werte und den daraus entstehenden Aktivitäts-Kennlinien der einzelnen Präparate war es möglich, zu unterscheiden, ob es sich um α-, β- oder γ-Strahlung handelte.

Beim zweiten Experiment zum Thema Kernphysik handelte es sich um eine Halbwertszeitbestimmung von Barium 137m. Hierzu wurde mittels einer chemischen Reaktion das Barium erzeugt und die Aktivität des Präparats in 10-Sekunden-Intervallen gemessen. Die Messwerte wurden als Graph dargestellt und mit diesem wurde sowohl rechnerisch als auch zeichnerisch die Halbwertszeit ermittelt.

Das erste Experiment zur Quantenmechanik war der Elektronenstoßversuch nach Franck und Hertz -also eines, in Anlehnung an einen historischen Versuch. Hierbei wurde mittels der Franck-Hertz-Neonröhre die Energieaufnahme von Atomen (hier: Neonatome) durch beschleunigte Elektronen untersucht. Der sich aus den Messwerten ergebende Graph zeigte eine quantisierte – man könnte sagen eine stufenweise – Energieaufnahme und verdeutlichte, dass die Gesetze der Mechanik auf dieser mikroskopischen Ebene nicht anwendbar sind.

Das letzte Experiment war eine Untersuchung mit einem Gitterspektrometer. Das emittierte Licht angeregten Wasserstoffgases wurde gebündelt, durch ein Gitter geleitet, wodurch es in ein Spektrum aufgespalten und dieses in unterschiedlichen Winkeln wieder detektiert wurde, woraus Aussagen über die Energieabgabe von Atomen getroffen werden konnten. Auch hierbei konnte eine Quantisierung festgestellt werden.

Da alle Experimente funktionierten, viele neue Erkenntnisse gewonnen wurden, die Essensversorgung stimmte und die Reise im Bus sehr angenehm und durch viele interessante Gespräche sehr kurzweilig war, hatte sich die Exkursion sehr gelohnt und wird sicherlich auch lange Zeit in der Erinnerung vieler Schüler, aber auch der Lehrer bleiben.