Bastelecke
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Kansas Windmühle 
Periodensystem
Das Projekt
Ein Periodensystem der Elemente zum Anfassen
Die Idee
Das Periodensystem der Element kennt wohl jeder, wahrscheinlich als Tabelle im Tafelwerk oder Leinwand in der Schule. Erstmals von Mendelejew strukturiert, hat es bis heute Bestand. Und das wird bestimmt auch noch eine Weile so bleiben.
Kern des Ganzen ist das mathematisch-physikalische System mit Protonenanzahl, Schalensystem der Elektronen und weiteren Parametern. Die theoretische Seite erlaubte auch das Voraussagen neuer Elemente und deren Eigenschaften, aber das soll hier nicht Thema sein. Von praktischer Seite betrachtet erklärt die Anordnung, wie und warum sich Elemente ähneln. Um ein paar Beispiele zu nennen: Dichte-Verwandtschaften, Edelgase, Alkalimetalle, die "Münzmetalle" der 11. Gruppe und noch vieles mehr.
Nur Theorie ist aber langweilig, fühlen und anfassen macht die Sache rund. Ergo kam die Idee, beide Dinge zu kombinieren. Und zwar in Form eines Schaukastens auf Basis des Periodensystems, bei dem die realen Elemente gleich mit dabei sind. Hier und da gibt es käufliche Sets, welche Elemente in kleinen Mengen beinhalten. Das ist zwar die richtige Richtung, aber so recht trifft das noch nicht die Idee. Und da wir hier in der Bastelecke sind, sollte klar sein, was kommt... #DIY
Entwurf
Die Arbeit im CAD war eher eine Detaillierungsfrage, denn das grundlegende Design hat ja bereits Good ol' Dmitri ausgearbeitet. Es galt, die passende Größe zu finden und eine Beleuchtung sollte integriert sein. Die Gesamtgröße ergab sich aus der notwendigen Größe pro Element, verfügbarer Rohmaterialen und Werkzeugen in der Hobbywerkstatt. 150x100cm sollten es werden.
Die Basis bildet eine strukturierte Multiplexplatte aus Birke und die Ablageflächen sind aus Buche. Der Aufbau ist simpel und besteht aus allerlei Holzzuschnitten, die mit vielen Schrauben zusammengehalten werden.
Die Beschriftungen sind laminierte Prints, welche mit doppelseitigem Klebeband fixiert wurden.
War am Ende einfacher, als gedacht. Der letzte Ausschnitt im Resultat:
Die Beleuchtung ist in Fräsnuten versenkt. Diese wurden mit einem Schaftfräser und einer Spannvorrichtung auf der Ständerbohrmaschine erstellt - nicht ganz einfach, aber hat geklappt. Die Verdrahtung läuft durch die Regalflächen nach hinten weg auf die Rückseite der Platte. Ein Foto der Elektrik folgt vielleicht mal im Rahmen einer Komplettreinigung.
Und so sieht das "in echt" aus: Die bläulich-weißen 5mm-LED-Streifen sieht man nur von unten:
Die Elemente
Das war der schwierigste Teil und hat sich über Jahre gezogen. Ab und an gibt es auch mal ein Upgrade. Vor allem den frühen Jahren von 3-2-1-Meins sei Dank ist das System letztlich so komplett, wie angedacht. Bei einigen Exoten wären zu Projektbeginn deutlich größere Objekte angedacht, aber die ungeplante Preisexplosion während der Bauphase machten einige Kompromisse notwendig. Teilweise sind die Preise um das 10fache angestiegen! Nunja, im Umkehrschluss ist das Ergebnis des Projektes quasi unbezahlbar.
Nachfolgend paar Kapitel zu den Elementen
Radioaktive Elemente
Radioaktive Elemente wurden bis auf Ausnahmen vorgelassen. Thorium in Wolframelektroden und Radium in alten Leuchtzeigern sind dabei, lagern aber separat. Zur Eingangskontrolle neuer Elemente wurde extra ein Geiger-Zähler angeschafft. Und tatsächlich - nur die beiden besagten Elemente schlagen aus.
Barren
Barren sind zum Erkunden sehr handlich.
Dichtewürfel
Als Spezialform eines Barren schön vergleichbar.
Kristalline Stücke
Diese machen visuell mehr her als gerade Klötzer, sind aber teils nicht so gut handhabbar.
Mein kristalliner Favorit im Zoom (Bi)
Flüssigkeiten
Ein paar wenige Elemente sind bei (oder in der Nähe) der Raumtemperatur flüssig, auch 3 Metalle gehören dazu. Diese sind entsprechend gelagert. Gallium ist so ein Grenzgänger, der in der Hand (im Glas natürlich) schmilzt. Quecksilber muss man an Verdampfung gehindert werden und sticht mit seiner hohen Dicht hervor - wenn man das Glas bewegt, fühlt sich der Inhalt lebend an.
Gase
Gase sind in versiegelten Ampullen eingeschlossen. Anfassen kann man da natürlich nichts, aber für Experimente sind die Ampullen tauglich. Bringt man die Gas-Proben in die Nähe von elektromagnetischen Feldern, so leuchten die Gase in ihrer typischen Farbe. Teslaspulen oder auch sogenannte Plasmalampen eigenen sich dafür bestens.
Reaktive Elemente
Einige Elemente würden an der Luft nicht lang halten und oxidieren. Um das zu verhindern, sind diese sind in Parafinöl gelagert.
Effekte
Paar ausgewählte Highlights, die beim Zusammenstellen der Sammlung als besonders hängen geblieben sind:
- Gallium schmilzt durch Handwärme
- Barren von Wolfram und Magnsium ist ein eindrücklicher Dichtekontrast
- Indium lässt sich mit dem Messerschneiden
- Quecksilber ist gleichzeitig flüssig und so dicht wie Blei
- Gadolinium verliert magnetischen Eigenschaften beim leichten Erwärmen
- Lithium ist leicht wie Schaumstoff
- Schwefel stich farblich aus dem Einheitsgrau raus
Alles echt?
Ein paar "faule Eier" werden wohl dabei sein, aber zum Großteil sollte es passen. Elemente haben ja nun mal Eigenschaften, mit denen sich die Echtheit prüfen lässt. Sei es die Dichte, Farbe, Härte, Leitfähigkeit, Magnetismus o.ä. Ist im Hobbylabor nicht beliebig genau prüfbar, aber mit jedem passenen Kriterium sinkt die Chance auf Fälschungen.
Gefahren
Keine Frage, die gibt es genug. Die meisten Elemente sind giftig oder schädlich. Vor allem, wenn diese in in Pulverform oder vergleichbar vorliegen. Grund ist die hohe Oberfläche in diesem Zustand. Als Block oder Barren ist es relativ sicher. Zudem sind einige Elemente gesondert gelagert oder markiert. Mit einem Geigerzähler wurde geprüft, das sich keine radioaktiven Exponate einschleichen. Aber manchmal ist die Gefahr viel einfacher und trotzdem unterschätzt. Ohne jetzt hier alle Vorsichtsmaßnahmen zu nennen, eine kleine Geschichte: Die Brennbarkeit von Metallen ist im normalen Alltag nicht spürbar. Aber je kleiner der Span, desto explosiver wird es... Beim Aufbereiten eines Exponates stand mal die Metallsäge in Flammen. Damit schließt sich der Kreis zurück von Praxis zur Theorie. Wenn man die Theorie auch kennt, hat man mehr und länger Freude an den Elementen.
Fazit
Zum Abschluss nochmal das Werk im Ganzen:
Erfreut jeden Tag aufs neue! Manch kreisender Gedanke oder unlösbares Problem fand schon neue Pfade nach einem Blick auf die Grundbausteine unser Welt. Kaum zu glauben, das aus diesem Baukasten Weltall, Erde und Mensch aufgebaut sind...
Updates
11.01.24
Nun hat sich doch noch ein weiteres (schwach) radioaktives Element dazugesellt. Uran als Oxid im sogenannten Uranglas:
Ein Periodensystem der Elemente zum Anfassen
Die Idee
Das Periodensystem der Element kennt wohl jeder, wahrscheinlich als Tabelle im Tafelwerk oder Leinwand in der Schule. Erstmals von Mendelejew strukturiert, hat es bis heute Bestand. Und das wird bestimmt auch noch eine Weile so bleiben.
Kern des Ganzen ist das mathematisch-physikalische System mit Protonenanzahl, Schalensystem der Elektronen und weiteren Parametern. Die theoretische Seite erlaubte auch das Voraussagen neuer Elemente und deren Eigenschaften, aber das soll hier nicht Thema sein. Von praktischer Seite betrachtet erklärt die Anordnung, wie und warum sich Elemente ähneln. Um ein paar Beispiele zu nennen: Dichte-Verwandtschaften, Edelgase, Alkalimetalle, die "Münzmetalle" der 11. Gruppe und noch vieles mehr.
Nur Theorie ist aber langweilig, fühlen und anfassen macht die Sache rund. Ergo kam die Idee, beide Dinge zu kombinieren. Und zwar in Form eines Schaukastens auf Basis des Periodensystems, bei dem die realen Elemente gleich mit dabei sind. Hier und da gibt es käufliche Sets, welche Elemente in kleinen Mengen beinhalten. Das ist zwar die richtige Richtung, aber so recht trifft das noch nicht die Idee. Und da wir hier in der Bastelecke sind, sollte klar sein, was kommt... #DIY
Entwurf
Die Arbeit im CAD war eher eine Detaillierungsfrage, denn das grundlegende Design hat ja bereits Good ol' Dmitri ausgearbeitet. Es galt, die passende Größe zu finden und eine Beleuchtung sollte integriert sein. Die Gesamtgröße ergab sich aus der notwendigen Größe pro Element, verfügbarer Rohmaterialen und Werkzeugen in der Hobbywerkstatt. 150x100cm sollten es werden.
Die Basis bildet eine strukturierte Multiplexplatte aus Birke und die Ablageflächen sind aus Buche. Der Aufbau ist simpel und besteht aus allerlei Holzzuschnitten, die mit vielen Schrauben zusammengehalten werden.
Die Beschriftungen sind laminierte Prints, welche mit doppelseitigem Klebeband fixiert wurden.
War am Ende einfacher, als gedacht. Der letzte Ausschnitt im Resultat:
Die Beleuchtung ist in Fräsnuten versenkt. Diese wurden mit einem Schaftfräser und einer Spannvorrichtung auf der Ständerbohrmaschine erstellt - nicht ganz einfach, aber hat geklappt. Die Verdrahtung läuft durch die Regalflächen nach hinten weg auf die Rückseite der Platte. Ein Foto der Elektrik folgt vielleicht mal im Rahmen einer Komplettreinigung.
Und so sieht das "in echt" aus: Die bläulich-weißen 5mm-LED-Streifen sieht man nur von unten:
Die Elemente
Das war der schwierigste Teil und hat sich über Jahre gezogen. Ab und an gibt es auch mal ein Upgrade. Vor allem den frühen Jahren von 3-2-1-Meins sei Dank ist das System letztlich so komplett, wie angedacht. Bei einigen Exoten wären zu Projektbeginn deutlich größere Objekte angedacht, aber die ungeplante Preisexplosion während der Bauphase machten einige Kompromisse notwendig. Teilweise sind die Preise um das 10fache angestiegen! Nunja, im Umkehrschluss ist das Ergebnis des Projektes quasi unbezahlbar.
Nachfolgend paar Kapitel zu den Elementen
Radioaktive Elemente
Radioaktive Elemente wurden bis auf Ausnahmen vorgelassen. Thorium in Wolframelektroden und Radium in alten Leuchtzeigern sind dabei, lagern aber separat. Zur Eingangskontrolle neuer Elemente wurde extra ein Geiger-Zähler angeschafft. Und tatsächlich - nur die beiden besagten Elemente schlagen aus.
Barren
Barren sind zum Erkunden sehr handlich.
Dichtewürfel
Als Spezialform eines Barren schön vergleichbar.
Kristalline Stücke
Diese machen visuell mehr her als gerade Klötzer, sind aber teils nicht so gut handhabbar.
Mein kristalliner Favorit im Zoom (Bi)
Flüssigkeiten
Ein paar wenige Elemente sind bei (oder in der Nähe) der Raumtemperatur flüssig, auch 3 Metalle gehören dazu. Diese sind entsprechend gelagert. Gallium ist so ein Grenzgänger, der in der Hand (im Glas natürlich) schmilzt. Quecksilber muss man an Verdampfung gehindert werden und sticht mit seiner hohen Dicht hervor - wenn man das Glas bewegt, fühlt sich der Inhalt lebend an.
Gase
Gase sind in versiegelten Ampullen eingeschlossen. Anfassen kann man da natürlich nichts, aber für Experimente sind die Ampullen tauglich. Bringt man die Gas-Proben in die Nähe von elektromagnetischen Feldern, so leuchten die Gase in ihrer typischen Farbe. Teslaspulen oder auch sogenannte Plasmalampen eigenen sich dafür bestens.
Reaktive Elemente
Einige Elemente würden an der Luft nicht lang halten und oxidieren. Um das zu verhindern, sind diese sind in Parafinöl gelagert.
Effekte
Paar ausgewählte Highlights, die beim Zusammenstellen der Sammlung als besonders hängen geblieben sind:
- Gallium schmilzt durch Handwärme
- Barren von Wolfram und Magnsium ist ein eindrücklicher Dichtekontrast
- Indium lässt sich mit dem Messerschneiden
- Quecksilber ist gleichzeitig flüssig und so dicht wie Blei
- Gadolinium verliert magnetischen Eigenschaften beim leichten Erwärmen
- Lithium ist leicht wie Schaumstoff
- Schwefel stich farblich aus dem Einheitsgrau raus
Alles echt?
Ein paar "faule Eier" werden wohl dabei sein, aber zum Großteil sollte es passen. Elemente haben ja nun mal Eigenschaften, mit denen sich die Echtheit prüfen lässt. Sei es die Dichte, Farbe, Härte, Leitfähigkeit, Magnetismus o.ä. Ist im Hobbylabor nicht beliebig genau prüfbar, aber mit jedem passenen Kriterium sinkt die Chance auf Fälschungen.
Gefahren
Keine Frage, die gibt es genug. Die meisten Elemente sind giftig oder schädlich. Vor allem, wenn diese in in Pulverform oder vergleichbar vorliegen. Grund ist die hohe Oberfläche in diesem Zustand. Als Block oder Barren ist es relativ sicher. Zudem sind einige Elemente gesondert gelagert oder markiert. Mit einem Geigerzähler wurde geprüft, das sich keine radioaktiven Exponate einschleichen. Aber manchmal ist die Gefahr viel einfacher und trotzdem unterschätzt. Ohne jetzt hier alle Vorsichtsmaßnahmen zu nennen, eine kleine Geschichte: Die Brennbarkeit von Metallen ist im normalen Alltag nicht spürbar. Aber je kleiner der Span, desto explosiver wird es... Beim Aufbereiten eines Exponates stand mal die Metallsäge in Flammen. Damit schließt sich der Kreis zurück von Praxis zur Theorie. Wenn man die Theorie auch kennt, hat man mehr und länger Freude an den Elementen.
Fazit
Zum Abschluss nochmal das Werk im Ganzen:
Erfreut jeden Tag aufs neue! Manch kreisender Gedanke oder unlösbares Problem fand schon neue Pfade nach einem Blick auf die Grundbausteine unser Welt. Kaum zu glauben, das aus diesem Baukasten Weltall, Erde und Mensch aufgebaut sind...
Updates
11.01.24
Nun hat sich doch noch ein weiteres (schwach) radioaktives Element dazugesellt. Uran als Oxid im sogenannten Uranglas: