Chemie in der Küche und im Vergnügungspark

Dem Chemiker ist alles Chemie, könnte man denken, wenn man den Beitrag von Nicholas Kurti und Herve This-Benckhand über “Chemie und Physik in der Küche” gelesen hat. Aber halt, wer hat denn gesagt, dass Wissenschaftler immer todernst sein müssen und dass sie nicht auch bei der Zubereitung von Speisen ihr Wissen nützlich anwenden können. Wenn man genau hinsieht, ist eine Küche auch so eine Art von Labor, und Rezepte sind nichts anderes als Versuchsvorschriften zur reproduzierbaren Herstellung von Produkten. Mayonnaisen wird zum Beispiel aus Pflanzenöl, Zitronensaft und Eigelb hergestellt. Unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet, handelt es sich dabei um eine Emulsion von Öl in Wasser. Feine Tröpfchen von Öl sind durch eine Hülle des oberflächenaktiven Lezithins stabilisiert, das aus dem Eigelb stammt, welches in die Wasser-Öl-Mischung hineingerührt wird. Die Lecithinhülle um jedes Öltröpfchen verhindert, dass diese im Laufe der Zeit zusammenwachsen und in der Folge eine makroskopische Trennung der Öl- und des Wasserphase auftritt. Öl-in-Wasser-Emulsionen spielen nicht nur in der Küche, sondern in vielen anderen Bereichen, beispielsweise bie der Herstellung von Kosmetika, pharmazeutischen Cremes und Pasten, bei der Erdölförderung und in der Lackier- und Beschichtungstechnik, eine Rolle.
Chemiker und Physiker zeigen deshalb wachsendes Interesse an Emulsionen und Schäumen, die sie “Weiche Materie” nennen. Schlagsahne ist ein gutes Beispiel für einen Schaum; aber auch die bewährte Schaumstoffmatratze hat eine Füllung aus weicher Materie. Die Strukturen der weichen Materie entstehen aufgrund von zwischenmolekularen Wechselwirkungen und von Unverträglichkeiten zwischen bestimmten Typen von Molekülen oder gruppen innerhalb sehr großer Moleküle. Eine typische Erscheinungsform der weichen Materie sind Gele. “Gele sind leichter zu erkennen als zu definieren”, schrieb die Chemikerin Dorothy Jordan Lloyd schon vor fast 70 Jahren. Das stimmt, denn jeder kennt das merkwürdige Verhalten von Wackelpudding, Götterspeise oder Gummibärchen. “Einen Pudding kann man nicht an die Wand nageln”, sagt man - aber warum eigentlich nicht? Offenbar handelt es sich um einen ziemlich aufregenden Zustand der Materie, der auf mechanische Kräfte ganz anders reagiert, als man das Kräfte ganz anders reagiert, als man das sonst von Festkörpern oder Flüssigkeiten gewohnt ist. Gele besitzen ein viskoelastisches Verhalten. Bei kurzzeitiger Einwirkung geringer Kräfte verändern sie ihre Form elastisch; dauert die Belastung lange oder erfolgt sie durch strake Kräfte, fangen sie an zu fließen.
Yoshihito Osada und Simon B. Ross-Murphy erklären in ihrem Beitrag, wie die molekulare Struktur von Gelen aus sieht. Man erhält sie durch Aufquellen von Polymeren in einem Lösungsmittel; die Makromoleküle bilden lockere Verhakungsnetzwerke, die das ganze Volumen der Lösung durchspannen. Dadurch werden mechanische Deformationen durch die Flüssigkeit hindurch von der einen Oberfläche des Gels zur anderen fortgeleitet. Mit Gelen kann man chemomechanische Systeme realisieren, di chemische Energie in Bewegung umsetzen. Derartige Maschinen hatte übrigens schon vor mehr als 40 Jahren der bie einem terroristischen Anschlag grausam ermordete israelische Chemiker Ephraim Katchalsky vorgeschlagen und realisiert. Osada und Ross-Murphy glauben, dass man die Eigenschaften von Gelen künftig da zu nutzen kann, selbstregulierende Vorrichtungen mit sensorischen Fähigkeiten zu konstruieren, die intelligent auf Änderungen dr Umgebungsbedingungen reagieren. Da Gele auch auf elektrische Potentialdifferezen mit Änderung ihrer Gestalt reagieren, könnte das zutreffend sien.
“Im Prinzip unterscheidet sich das, was sich bei einem Feuerwerk abspielt, kaum von einer normalen Verbrennung”, sagt John Corkling in seinem Beitrag “Feuerwerk”. Das prächtige Schauspiel des am nachtschwarzen Himmel versprühenden Farbregens eines Feuerwerks entpuppt sich als eine Folge chemischer Reaktionen, bei der Oxidationsmittel als Sauerstoffquelle mit einem Brennstoff als Reduktionsmittel kontrolliert miteinander in Kontakt gebracht werden. Die feste Füllung des Gemischs aus den Reagentien wird erhitzt, worauf ein Elektronentransfer vom Reduktions- zum Oxidationsmittel stattfindet. Professor Marcus lässt grüßen: seine Theorie liegt auch den Farberscheinungen im Feuerwerk zugrunde. Im einzelnen ist der Bau eines Feuerwerkskörpers, der ein nur wenige Sekunden dauerndes Schauspiel erzeugt, ein ziemlich komplexes Vorhaben. Chemie und Physik der Materialien, die ablaufenden chemischen Reaktionen und ihr zeitlicher Versatz sind exakt aufeinander abgestimmt. Und dann muss ja auch noch der Sicherheit und dem Unfallschutz Rechnung getragen werden.
Besonders bei der Farbgebung sind die Chemiker mit ihrem Erfindungsgeist angesprochen. Dabei macht man sich Erkenntnisse zu Nutzen, die schon aus dem neunzehnten Jahrhundert stammen. Der deutsche Physikchemiker Kirchhoffhatte bereits damals erkannt, dass die Salze von Alkali- oder Erdalkalimetallen bei Erhitzen in einer heißen Flamme zu farbstarken Lichtquellen werden: Die Salze des Strontiums geben leuchtend rote Farbtöne, die des Bariums oder Kupfers leuchtend grüne Farben, Natriumsalze leuchtend gelbe. Eer denkt bei einem Feuerwerk schon an Chemie? Vielleicht regt die Lektüre des Artkels dazu an, über die Frage nachzudenken, wie man leuchtende Blautöne besser erzeugen kann, als das jetzt möglich ist.