Idee des Versuchs
Schokolade bzw. Kakaobutter kann sechs unterschiedliche Kristallstrukturen annehmen. Bei geeigneter Behandlung bildet sich eine sehr feine Kristallstruktur (Kristallstruktur vom Typ 5). Diese Struktur ist sogar so fein, dass die Schokolade die Struktur eines Strichgitters mit 1000 Linien pro Millimeter annimmt, wenn die Schokolade auf einem entsprechenden Gitter aushärtet. So entsteht nach dem Aushärten und Abziehen der Gitterfolie ein Reflexionsgitter aus Schokolade.
Benötigtes Material
- Gitterfolie (z.B. Strichgitter/Liniengitter mit 500 oder mehr Linien pro Millimeter, alternativ Kreuzgitter mit je 500 Linien pro Millimeter)
- Dunkle Schokolade (Kakaogehalt mind. 50%)
- Möglichkeit zum Schmelzen der Schokolade (Topf und Herd oder Küchenmaschine)
Hinweis: Bei Folien von AstroMedia ist i.d.R. auf der dem Schutzpapier zugewandten Seite die Linien- bzw. Gitterstruktur. Die Folie rollt sich auch etwas zusammen, die innere Seite ist die strukturierte Seite.
Durchführung
Die Schwierigkeit des Versuchs besteht darin, die Schokolade so zu behandeln, dass sie möglichst viele Kristalle des Typs 5 enthält, da diese Struktur besonders fein und seidig glänzend ist. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Joachim Herz Stiftung / made with chemix.org
Temperieren der Schokolade im Wasserbad
Eine etwas zeitaufwendige, aber dafür relativ sichere Methode ist die folgende (vgl. Abb. 2):
- Schokolade im Wasserbad vollständig schmelzen und auf eine Temperatur von etwa 45°C bringen.
- Schokolade unter Rühren abkühlen lassen, bis diese noch etwa 28°C warm ist.
- Unter Rühren wieder im Wasserbad vorsichtig erhitzen bis die Temperatur der Schokolade wieder 32°C erreicht.
- Anschließend noch ca. 1 Minute weiterrühren und fertig ist die temperierte Schokolade.
Temperieren der Schokolade in einer Küchenmaschine
Relativ schnell und einfach kannst du geeignete Schokolade auch mithilfe einer Küchenmaschine wie einem Thermomix herstellen:
- 150 g dunkler Schokolade häckseln.
- Unter langsamem Rühren und einer Temperatur von 50°C etwa 4 Minuten die Schokolade schmelzen lassen.
- Weitere 50 g dunkler Schokolade (in grobe Stücken gebrochen) zugeben.
- Unter ständigem rühren ohne weiter Hitzezufuhr 2-3 Minuten schmelzen lassen.
Aushärten der Schokolade auf der Gitterfolie
Anschließend verteilst du die flüssige Schokolade dünn auf die Seite der Gitterfolie, auf der sich die Gitterstruktur befindet (fühlt sich meist etwas rauer an). Danach lässt du die Schokolade einfach bei Raumtemperatur aushärten. Dies sollte je nach Dicke der Schokoladenschicht maximal 30 Minuten dauern, eher weniger. Bei Bedarf kannst du die Schokolade auch z.B. durch das Einfüllen der flüssigen Schokolade in Ausstecher in beliebige Formen bringen (vgl. Abb. 3).
Nach dem Aushärten ziehst du die Folie vorsichtig von der Schokolade ab. Fasse dabei möglichst nicht auf die Seite der Schokolade, die mit der Gitterfolie in Kontakt war.
Beobachtung und Deutung
Beleuchtest du die Seite der Schokolade, die mit der Gitterfolie in Kontakt war, schräg unter einem geeigneten Winkel mit einer ausgedehnten Lichtquelle wie z.B. der Sonne, schimmert die Schokoladenoberfläche großflächig in den Spektralfarben (vgl. Abb. 1).
Beleuchtest du die Schokolade hingegen mit einer näherungsweise punktförmigen Lichtquelle wie z.B. deiner Handytaschenlampe, so zeigt sich lediglich ein dünner Farbstreifen auf der Schokolade, dessen Position von der Position der Lichtquelle abhängt (vgl. Abb. 4).
Die Erklärung des Phänomens ist, dass die temperierte Schokolade aus den Kristallen vom Typ 5 eine so feine Oberflächenstruktur ausbilden kann, dass sie im Prinzip ein negativ der Oberflächenstruktur der Gitterfolie darstellt und als Reflexionsgitter funktioniert.
Kreuzgitter anstatt Liniengitter
Das Phänomen tritt auch dann auf, wenn du anstelle eines Strichgitters ein Kreuzgitter verwendest. Ein Kreuzgitter hat zwei zueinander senkrecht stehende Strichrichtungen. Das Beugungsbild bei Beleuchtung mit einer Punktlichtquelle verändert sich dadurch deutlich (vgl. Abb. 6).
Beleuchtung mit einem Laser
Natürlich kannst du die Schokolade auch mit einem Laser beleuchten. Es stellt sich auf dem Schirm das typische Beugungsbild ein, welches man auch bei der Beleuchtung des ursprünglichen Gitters erhält (vgl. Abb. 7).