Experimente mit Wasser, Eis und Schnee

Im Winter verändert Wasser die Natur. Wenn es draußen klirrend kalt ist, wird Wasser plötzlich zu Eis, fällt Schnee vom Himmel und beim Ausatmen entsteht eine kleine Wolke. Das sind Beispiele für Naturphänomene, die insbesondere Kinder jedes Jahr aufs Neue faszinieren.

Experimente mit Kindern: Wasser und Eis erforschen bietet sich an, um den Phänomenen Frieren, Tauen und Regnen genauer auf den Grund zu gehen. Spielt die Witterung nicht mit, kann bei den meisten Experimenten die Gefriertruhe unterstützen. Je mehr die Kinder selber experimentieren dürfen, desto mehr Spaß macht es ihnen und desto mehr bleibt hängen.

Nachstehend wird eine Auswahl von Winterexperimenten beschrieben, die insbesondere Kindern zwischen 4 und 8 Jahren aber auch durchaus einer ganzen Familie zu spannenden Momenten verhelfen kann:

Aus Eis wird Wasser

Kinder müssen alles anfassen. Das ist ihre natürliche Art, Dinge zu erforschen. Lassen sie sie in warmer Umgebung Eis/Eiswürfel in die Hand nehmen. Die Kinder möchten spüren, wie kalt Eis ist. Sie lutschen daran, lassen es aus der Hand gleiten, etc. Ein Handtuch als Unterlage ist hier sehr praktisch! Mit der Zeit stellen sie fest, dass das Eis schmilzt und zu Wasser wird. Eis braucht eine kalte Umgebungstemperatur, um nicht zu schmelzen.

Aus Wasser wird Eis

Kinder lieben das Experimentieren mit Wasser: Einfach mal eine randvoll mit Wasser gefüllte Plastikdose (kein Glas!) mit Deckel über Nacht ins Gefrierfach/nach draußen stellen. Die Kinder machen am anderen Tag eine tolle Entdeckung. Das erstarrte Wasser quillt aus der Dose heraus, der Deckel ist sogar am Eis festgefroren. Wenn Wasser erstarrt, dehnt es sich aus, weil die einzelnen Wasserteilchen mehr Platz brauchen. Deswegen hat Eis mehr mit Luft gefüllte Hohlräume als Wasser. In der Fachsprache heißt es: Eis ist nicht so dicht wie Wasser.

Ein Boot aus Eis

Die Kinder geben kleine Stücke Eis in einen mit kaltem Wasser gefüllten Topf. Sie beobachten, dass Eis auf Wasser schwimmt. Natürlich müssen sie hier auch mit der Hand alles genau überprüfen. Sie drücken das Eis herunter oder legen etwas auf das Eis. Wie im ersten Experiment schmelzen die Eiswürfel nach und nach bis sie schließlich ganz verschwinden. Eis schwimmt, weil es aufgrund der mit Luft gefüllten Hohlräume leichter als Wasser ist (vgl. auch vorangegangenes Experiment).

Eisschicht auf Wasser

Wie können Fische im Wasser überleben, wenn Wasser erstarrt?
Die Kinder füllen ein Glas mit kleinem Durchmesser halbvoll mit Wasser und stellen es in eine frostige Umgebungstemperatur. Nach ca. 30 Minuten  -  kann auch in Anhängigkeit von Glasgröße und Umgebungstemperatur etwas länger dauern - prüfen die Kinder, was sich verändert hat. Von oben schauen sie auf eine Eisschicht. Wenn sie auf diese Eisschicht drücken, zerbricht sie.  Die zuerst erstarrte Wassermenge schwimmt an der Wasseroberfläche. Dann arbeitet sich  das Eis schrittweise nach unten. Wasser gefriert von oben nach unten!

Sind Gewässer ausreichend tief, dann erstarrt das Wasser nahe am Grund zumeist nicht. Die Temperatur in den unteren Wasserschichten wird selten den Gefrierpunkt erreichen. So überleben Fische den Winter.

Blitzeis

Wenn der Boden gefroren ist und Regen darauf fällt, dann entsteht das - vor allem von den Autofahrern gefürchtete  - Blitzeis. Das können die Kinder bei schon länger andauernden Temperaturen unter dem Gefrierpunkt draußen schön ausprobieren. Sie gießen tropfenweise Wasser auf den gefrorenen Asphalt. Das funktioniert aber genauso, wenn sie das Wasser auf einen im Gefrierfach gekühlten Teller tropfen. Das ist ein beindruckendes Experiment, weil die Kinder beobachten können, wie das Wasser schnell erstarrt.

Steinharter Sand

Im Winter ist Sand zum Spielen oft nicht geeignet, weil er gefroren und somit fest ist. Was hat es mit dem steinharten Sand auf sich? Das können Kinder sehr leicht nachstellen. Zwei kleine Plastikdosen werden mit trockenem  Sand (z. B. Vogelsand, alternativ nicht lösliches Kaffeepulver) gefüllt. In eines mischen sie ein wenig Wasser, sodass der Sand feucht, aber nicht nass ist. Deckel drauf und ab ins Kalte! Nach ein paar Stunden holen die Kinder die Dosen wieder ins Warme. Sie fassen den Sand an und können sehr leicht feststellen, dass der trockene Sand zwar kalt, jedes einzelne Sandkorn jedoch frei beweglich ist. Der feuchte Sand ist dagegen steinhart und fest. Auch wenn wir von gefrorenem Sand sprechen, ist es nicht der Sand der erstarrt, sondern es ist das Wasser zwischen dem Sand. Das Eis schließt die Sandkörner ein, so dass sie sich nicht mehr bewegen lassen.

Salzwasser

Ein anderes schönes Experiment ist, Salzwasser und Süßwasser gleichzeitig erstarren zu lassen. Die Kinder nehmen zwei identische Gläser mit nicht zu großem Durchmesser und füllen diese maximal 1 cm hoch mit Wasser. In ein Glas wird noch ein Teelöffel Kochwasser gerührt. Beide Gläser werden von den Kindern ins Gefrierfach gestellt. Nach rund 30 Minuten schauen sie nach. Das Süßwasser ist gefroren, das Salzwasser ist flüssig. Salzwasser erstarrt nicht so schnell wie Süßwasser. Das liegt daran, dass Salzwasser einen niedrigeren Gefrierpunkt hat. Wenn die Kinder noch ein paar Stunden länger warten, ist auch das Salzwasser erstarrt.

Das ist auch einer der Gründe, warum sich auf Meeren/Ozeanen erst spät – wenn überhaupt - eine Eisschicht bildet.

Eis mit Salzhaube

Für Kinder ist es aufregend, einen Schneepflug zu beobachten. Je nach Wetterlage räumen Schneepflüge nicht nur Schnee, sondern streuen auch Salz oder Split. Was hat es mit dem Salz auf sich? Das können Kinder einfach ausprobieren, indem sie Kochsalz auf Eis geben. Dazu wird ein Glas mit ein wenig Wasser gefüllt, um es zu Eis erstarren zu lassen. Das Eis bedecken die Kinder mit einer dünnen Kochsalzschicht und stellen es wieder raus oder ins Gefrierfach. Nach kurzer Zeit ist das ursprüngliche Salz verschwunden. Wenn die Kinder das Glas kippen erkennen sie, das Wasser im Glas zusammenläuft. Es hat sich Wasser gebildet, das salzig schmeckt. Salz hat eine schmelzende Wirkung.

Hintergrund ist, dass es auch auf noch so kaltem Eis einen dünnen Film aus Wasser gibt. Salz löst sich in diesem Wasserfilm. Das Eis gibt immer wieder einen neuen Wasserfilm frei, indem sich Salz löst. So schmilzt immer mehr Eis. Das Salzwasser erstarrt zumeist nicht, weil Salzwasser einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser hat.

Der Höhepunkt jeden Winters ist Schnee. Mit dem ersten Schneefall ist kein Kind mehr im Haus zu halten. Was aber ist Schnee im Gegensatz zu Eis? Während sich Eis einfach herstellen lässt, gilt das für Schnee nicht. Schnee bildet sich nur im Himmel, und zwar dann wenn Temperaturen unter dem Gefrierpunkt herrschen. In dieser Umgebung bilden sich aus Wasserdampf - anstatt winziger Wassertropfen - winzige Eiskristalle, die sich zu Schneeflocken zusammenfügen.

Was schmilzt schneller: Schnee oder Eis?

Ein schönes Experiment ist das Schmelzen der gleichen Menge von Schnee und Eis. Hier ist die Vorbereitung eines Erwachsenen gefragt, der ein Glas zu rund zwei Drittel mit Wasser füllt und über Nacht ins Gefrierfach stellt. Am nächsten Tag füllen die Kinder ein identisches Glas mit Schnee – und zwar mit genauso viel Schnee wie in dem anderen Glas Eis ist. Dann können die Kinder beobachten, wie Eis und Schnee langsam schmelzen. Wem es zu lange dauert, der kann das Schmelzen an einem warmen Ort beschleunigen! Schnee schmilzt im Vergleich zu Eis viel schneller und ergibt deutlich weniger Wasser. Das lässt sich damit erklären, dass die mit Luft gefüllten Hohlräume bei Schnee viel größer als bei Eis sind. Das bedeutet, dass im Schnee-Glas wesentlich weniger Wasserteilchen sind. Weniger Wasserteilchen ergeben weniger Wasser. Und weniger Wasserteilchen schmelzen schneller.

Wasser auf Schnee

Die Kinder formen eine größere Kugel aus Schnee – aber nur so groß, dass sie sie noch hoch heben können. Während ein Kind, die Schneekugel hochhebt, gießt ein anderes langsam Wasser darauf. Wie ein Schwamm „saugt“ die Schneekugel, dass Wasser auf. Wenn es zu viel Wasser wird, tropft das Wasser unten aus der Schneekugel heraus. Dieses Experiment verdeutlicht sehr schön, dass es im Schnee Hohlräume geben muss.

Sichtbarer Atem

Kinder sehen Erwachsene  immer wieder fragend an, wenn sie mit der Luft, die sie ausatmen, plötzlich eine kleine Wolke produzieren. Für dieses Phänomen gibt es ein wunderschönes Experiment. Relativ warmes Wasser wird von Erwachsenen in einen Topf gefüllt und in die frostige Luft gestellt. Während drinnen kaum bis gar kein Dampf sichtbar ist, dampft es draußen plötzlich sehr deutlich aus dem Topf. Für Kinder liegt die Vermutung nahe, dass das Wasser sehr heiß sein muss. Die Kinder dürfen das Wasser berühren – wenn sie sich trauen. Sie sind sehr erstaunt, wenn sie feststellen, dass das Wasser gar nicht heiß ist.

Warme Luft kann grundsätzlich mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. Wasser verdunstet über dem warmen Wasser. In der kalten Luft ist für so viel Wasserdampf kein Platz. Deswegen bilden sich aus einem Teil des Wasserdampfes gleich wieder klitzekleine Wassertropfen. Tendenziell gibt es eine Wolke, wenn der Temperaturunterschied zwischen Wasser und Umgebungsluft sehr groß ist. Bei der feuchten Luft, die wir ausatmen, ist es genau das Gleiche.

Buchtipp

Während die sich hier beschriebenen Experimente insbesondere mit dem Schmelzen und Erstarren von Wasser befassen, möchte ich ein Bilderbuch zum Weiterlesen empfehlen, welches eher das Verdampfen/Verdunsten und Kondensieren von Wasser in den Mittelpunkt stellt: „Nela forscht - Wie kommt das Wasser in die Wolke“ (12,90 Euro).