Leseprobe (PDF) - Die Elemente - Bausteine unserer Welt

C 6
Kohlenstoff
Si 14
Silicium
Ge 32
Germanium
Sn 5O
Zinn
N 7
DIE
Stickstoff
P 15
THEODORE GRAY
Fotografi en von Theodore Gray und Nick Mann
O 8
Sauerstoff
Mehr als
500
Farbfotos
Elemente
Bausteine unserer Welt
Phosphor
Sb 51
Antimon
S 16
Schwefel
Te 52
Tellur
Po 84
Polonium
Cl 17
Chlor
I 53
Iod
At 85
Astat
Argon
Xenon
18
54

© der amerikanischen Originalausgabe 2009 by Theodore Gray
Die Originalausgabe erschien 2010 unter dem Titel »The Elements. A Visual Exploration
of Every Known Atom in the Universe« bei Black Dog & Leventhal Publishers, New York.
© der deutschsprachigen Ausgabe 2010 Fackelträger Verlag, Köln
Alle Fotografi en von Nick Mann und Theodore Gray mit Ausnahme von:
Getty Images (S. 4)
Alle Rechte vorbehalten; es handelt sich um eine unkorrigierte Leseprobe.
Umschlaggestaltung und Innenlayout: Matthew Riley Cokeley
Satz: Haimel satz & mehr, Lohmar
Gesamtherstellung: Verlags- und Medien AG, Köln
ISBN 978-3-7716-4435-2
www.fackeltraeger-verlag.de
� Simulation des atomaren Emissionsspektrums, gestaltet von Nino Cutic,
erstellt anhand von Daten des National Institute of Standards and Technology (NIST).
Alle anderen Daten zu den physikalischen Eigenschaften erstellt mit
Mathematica®, mit freundlicher Genehmigung von Wolfram.
Alle Diagramme wurden mit Mathematica® erstellt.
THEODORE GRAY ist Mitgründer des Software-Unternehmens »WolframResearch« und Erfi nder des weltmarktführenden
Software-Systems »Mathematica®«. Für das Magazin Popular Science schreibt er regelmäßig die Kolumne Gray Matter.
Theodore Gray lebt in Champaign-Urbana, Illinois.

Kein Ding wird zu nichts, sondern alle Dinge
kehren in ihre Elemente aufgelöst zurück.
Lucretius, De rerum natura, 50 v. Chr.
DAS PERIODENSYSTEM ist ein universeller Katalog, der alles enthält,
was Ihnen auf den Fuß fallen kann. Es gibt einige Dinge wie Licht,
Liebe, Logik und Zeit, die nicht im Periodensystem zu finden sind. Aber
diese Dinge können Ihnen auch nicht auf den Fuß fallen.
Die Erde, dieses Buch, Ihr Fuß – alles Materielle – besteht aus Elemen
ten. Ihr Fuß besteht überwiegend aus Sauerstoff, zusam mengehalten
von Kohlenstoff, der den organischen Molekülen eine Struktur
gibt, was Sie zu einer auf Kohlenstoff beruhenden Lebens form
macht. (Und wenn Sie nicht auf Kohlenstoff beruhen: Will kom men auf
unserem Planeten! Sollten Sie einen Fuß haben, so lassen Sie bitte
nicht das Buch darauf fallen.)
Sauerstoff ist ein klares, farbloses Gas, und dennoch bestehen drei
Fünftel Ihres Körpers daraus (am Gewicht gemessen). Wie ist das möglich?
Die Elemente haben zwei Gesichter: Sie existieren in Reinform
und in einer Vielzahl chemischer Verbindungen, die sie bilden, wenn
sie mit anderen Elementen reagieren. Reiner Sauerstoff ist tat säch lich
ein Gas, aber wenn er mit Silicium reagiert, entstehen feste Silicatminerale,
die den Großteil der Erdkruste bilden. Verbindet sich Sauerstoff
mit Wasserstoff und Kohlenstoff, so reichen die möglichen Ergebnisse
von Wasser über Kohlenmonoxid bis hin zu Zucker.
Die Sauerstoffatome sind immer noch in diesen Verbindungen
vor handen, so wenig Ähnlichkeit diese Substanzen auch mit Sauer stoff
haben mögen. Und die Sauerstoffatome können immer zurückgewonnen
und wieder in ihre reine Gasform umgewandelt werden.
Doch ein Sauerstoffatom kann nie zerlegt oder in einfachere Einheiten
unterteilt werden (wenn man einmal von der Spaltung des
Atomkerns absieht). Diese Eigenschaft der Unteilbarkeit macht ein
Element zum Element.
In diesem Buch möchte ich versuchen, Ihnen beide Gesichter jedes
Elements zu zeigen. Zunächst einmal sehen Sie ein schönes großes
Foto des reinen Elements (sofern das physikalisch möglich ist). Auf der
gegen überliegenden Seite finden Sie Beispiele dazu, welche Position
dieses Element in der Welt einnimmt, welche Verbindungen es eingeht
und wie es genutzt wird.
Aber bevor wir uns den einzelnen Elementen zuwenden, sollten
wir uns kurz ansehen, wie das Periodensystem aufgebaut ist.
3

Wasserstoff
4
H 1

Wasserstoff
DIE STERNE LEUCHTEN, weil sie gewaltige
Mengen Wasserstoff in Helium umwandeln.
Unsere Sonne allein verbraucht in jeder
Sekunde 600 Millionen Tonnen Wasserstoff.
Man stelle sich das vor: 600 Millionen Tonnen
pro Sekunde. Und das auch nachts. Daraus
werden 596 Millionen Tonnen Helium.
Und wo bleiben die übrigen vier Millionen
Tonnen? Nun, sie werden gemäß Einsteins
berühmter Formel E=mc² zu Energie.
Jede Sekunde erreicht eine Energiemenge, die
etwa dreieinhalb Tonnen entspricht, die Erde,
wo sie uns das Licht des Sonnenaufgangs und
eines Sommernachmittags beschert.
Vom gewaltigen Wasserstoffverbrauch
der Sonne hängt das Leben auf der Erde ab,
wo dieses Element gemeinsam mit Sauerstoff
(8) die Wolken, Ozeane, Seen und Flüsse
und in Verbindung mit Kohlenstoff (6), Stickstoff
(7) und Sauerstoff das Blut und den
Körper jedes Lebewesens bildet.
� Leuchtender Schlüsselanhänger
mit Tritium ( 3 H) . Ein derart
»leichtfertiger« Einsatz dieses
strategischen Materials ist in den
USA verboten.
Wasserstoff ist das leichteste aller Gase –
er ist sogar leichter als Helium –, und weil er
obendrein sehr viel billiger ist, wurde er einst
dummerweise in Luftschiffen wie der Hindenburg
eingesetzt. Das Ergebnis ist bekannt,
obwohl der Fairness halber gesagt werden
muss, dass die Passagiere durch den Sturz
starben, nicht durch den brennenden Wasserstoff,
der in einem Fahrzeug in mancher Hinsicht
weniger gefährlich ist als Benzin.
Wasserstoff ist nicht nur das häufigste
und leichteste Element. Er ist auch besonders
beliebt bei den Physikern, da er mit nur einem
Proton und einem Elektron tatsächlich
der Quantenmechanik gehorcht. Sobald sie es
mit zwei Protonen und zwei Elektronen zu
tun haben (Helium), strecken die Physiker
weitgehend die Waffen und überlassen das
Feld den Chemikern.
� Orangerote Sauerstoff-
Wasserstoff-Flamme.
� Tritiumuhren hingegen sind
in den USA erlaubt.
� Am Gewicht gemessen, besteht das sichtbare Universum zu 75 Prozent aus
Wasserstoff. Normalerweise ist dieser ein farbloses Gas, aber in riesigen Mengen
absorbiert er das Sternenlicht, wodurch spektakuläre Anblicke wie jener des
Adler-Nebels entstehen (vom Weltraumteleskop Hubble aus aufgenommen).
� Das Innere einer Thyratronröhre.
Dieser elektronische Stromrichter enthält
eine geringe Menge Wasserstoffgas.
� Die Sonne scheint,
weil sie Wasserstoff in
Helium umwandelt.
� Das Mineral Skolezit,
CaAl 2 Si 3 O 10 ·3H 2 O. Dieses Stück
stammt aus Pune, Indien.
Elektronenverteilung
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p
Elementares
Atommasse
1,00794 amu
Dichte
0,0000899 g/cm 3
Atomradius
53 pm
Kristallstruktur
Atomares Emissionsspektrum
Materiezustand
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
5

Lithium
6
Li
3

Lithium
LITHIUM IST EIN sehr weiches und sehr
leichtes Metall – so leicht, dass es auf dem
Wasser schwimmt. Das kann außer ihm nur
ein Metall, nämlich Natrium (11). Während
es an der Oberfläche treibt, reagiert das Lithium
mit dem Wasser und gibt stetig geringe
Mengen Wasserstoff ab. (Spannend wird die
Beziehung zum Wasser bei Natrium.)
Trotz seiner hohen Reaktionsfähigkeit
kommt Lithium in zahlreichen Produkten
zum Einsatz. In Lithium-Ionen-Batterien
treibt es Geräte von Schrittmachern bis zu
Autos an. Solche Batterien sind bei geringem
Gewicht sehr leistungsfähig, was zum Teil
an der geringen Dichte des Elements liegt.
Das beliebte Lithiumfett, das Lithiumstearat
enthält, findet man oft in Autos und auf
Mechanikern.
Interessant ist, dass es auf der Welt nur
einen einzigen Ort gibt, an dem wirklich
� Lithiumcarbonat eignet sich zur
Regulierung von Manien und
Stimmungsschwankungen.
� Das Mineral Elbait, Na(LiAl) 3 Al 6 (BO 3 ) 3 Si 6 O 18 (OH) 4 , hier ein Stück
aus der Grube
Gerais in
Brasilien.
� Lithium ist so weich, dass es mit einer Schere durchtrennt
werden kann, die solche Spuren auf dem Metall hinterlässt.
große Mengen leicht förderbaren Lithiums
zu finden sind: Sollten sich mit Lithium-
Ionen-Batterien betriebene Elektroautos je
durchsetzen, so wird die Welt auf Bolivien
schauen.
Das Lithiumion hat noch ein weiteres
Ass im Ärmel: Manche Leute verdanken ihm
ihr seelisches Gleichgewicht. Aus noch nicht
vollkommen geklärten Gründen glättet eine
stetige Dosis Lithiumcarbonat (das sich im
Körper in Lithiumionen auflöst) das psychische
Auf und Ab bei einer bipolaren Störung.
Dass ein einfaches Element derart bedeutsame
Auswirkungen auf das Gehirn hat, beweist,
dass auch etwas so Komplexes wie der
menschliche Geist von grundlegenden chemischen
Vorgängen abhängt.
Lithium ist weich, geht leicht Verbindungen
ein und bringt die Dinge ins Gleichgewicht.
Beim Beryllium sieht das ein wenig
anders aus.
� Lithiumfett
enthält
Lithiumstearat,
das
die Schmiereigenschaften
verbessert.
� Lithiumbatterien
kön nen exotisch
wie die
Schrittmacherbatterie
oben oder ganz
gewöhnlich wie
die AA-Wegwerfbatterie
unten aussehen.
Elektronenverteilung
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p
Elementares
Atommasse
6,941 amu
Dichte
0,535 g/cm 3
Atomradius
167 pm
Kristallstruktur
Atomares Emissionsspektrum
Materiezustand
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
7
5500

Beryllium
8
Be
4

Beryllium
BERYLLIUM IST EIN LEICHTMETALL.
Obwohl es dreieinhalbmal so dicht ist wie Lithium,
ist seine Dichte deutlich geringer als die
von Aluminium (Element 13). Während Lithium
weich, niedrigschmelzend und reaktiv ist, ist
Beryllium hart, schmilzt erst bei hohen Temperaturen
und widersteht der Korrosion gut.
Da Beryllium außerdem sehr teuer und giftig
ist, hat es eine besondere Nische gefunden: Es
wird für Geschoss- und Raketenteile verwendet,
denn dort spielen die Kosten keine Rolle, Festigkeit
bei geringem Gewicht ist begehrt, und der
Einsatz giftiger Stoffe ist das Letzte, worüber man
sich Gedanken machen muss.
Aber für Beryllium gibt es noch andere reizvolle
Anwendungsgebiete. Da es Röntgenstrahlen
durchlässt, wird es für die Fenster von Röntgenröhren
verwendet, die stark genug sein müssen,
um das Vakuum aufrechtzuerhalten, aber auch
dünn genug, um die Strahlen durchzulassen.
Mischt man eine kleine Menge Beryllium mit
Kupfer (29), so entsteht eine robuste, funkenfreie
Legierung für Werkzeuge, mit denen in der Nähe
von Ölbohrlöchern und leicht entflammbaren
Gasen gearbeitet wird, wo jeder Funke ein Donnerwetter
auslösen könnte.
Und dann ist da natürlich der Golfsport, wo
man sich von High-Tech-Material erhofft, es werde
den Ball in die richtige Richtung lenken. Also
wird Berylliumkupfer auch für Schlägerköpfe verwendet.
Natürlich hilft es auch nicht mehr als
Manganbronze oder Titan (22), die ähnliche Illusionen
wecken.
Das Mineral Beryll verbindet Kraft mit Schönheit.
Es ist die Kristallform des Beryllium-Aluminium-Ringsilicats.
Bekannter sind die grüne und die
blaue Erscheinungsform des Beryll, der Smaragd
und der Aquamarin.
Beryllium ist der James Bond unter den Metallen,
charmant und hart zugleich. Es betört die
Frauen und kann Raketen steigen lassen.
� Dieser durch Schmelzelektrolyse gereinigte,
zer brochene Berylliumkristall würde normalerweise
geschmolzen, um starke, leichte Bauteile für Lenkwaffen
und Raumschiffe daraus zu machen.
� Hochspannungsisolator
mit
Berylliumoxid.
� Funkenfreier Schraubenschlüssel
aus Berylliumkupfer
für Gasventile.
� Raketengyroskop aus Beryllium.
� Folienscheiben aus Beryllium
in einer Röntgenröhre.
� Ein großer Aquamarin
(Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ) aus der umfangreichen
Sammlung des Vaters
des Autors.
� Golfschläger
aus Berylliumkupfer.
Elektronenverteilung
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p
Elementares
Atommasse
9,012182 amu
Dichte
1,848 g/cm 3
Atomradius
112 pm
Kristallstruktur
Atomares Emissionsspektrum
Materiezustand
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
9

Bor
10
B
5

Bor
EIN ELEMENT, dem man am ehesten als
Waschmittelzusatz Borax begegnet, wirkt
nicht gerade glamourös. Doch mit Bor kann
man einiges anstellen.
Verbindet man Bor (5) mit Stickstoff (7),
so erhält man Kristalle, die denen des zwischen
ihnen eingeklemmten Kohlenstoffs (6)
ähneln, der Diamanten bildet. Kubische Bornitridkristalle
sind fast so hart wie Diamanten,
aber sehr viel billiger in der Herstellung und
obendrein hitzebeständiger. Das macht sie zu
beliebten Schleifsteinen in der Stahlindustrie.
Neuere theoretische Berechnungen haben
gezeigt, dass die Verbindung Wurtzit-Bornitrid,
die allerdings noch nie als Einkristall
erzeugt wurde, unter bestimmten Bedingungen
(und abhängig von der technischen Definition
von »Härte«) sogar härter sein könnte
als Diamanten. Es wäre eine Sensation, sollte
es gelingen, den Diamanten als härtestes bekanntes
Material zu entthronen, aber bisher
kann Wurtzit-Bornitrid nur eins: Wann immer
wir den Diamanten als härteste Substanz bezeichnen,
zwingt es uns zur Ergänzung einer
lästigen Fußnote.
Borcarbid, das ebenfalls zu den härtesten
bekannten Substanzen zählt, gehört zum
Rüstzeug des guten Saboteurs: Schüttet man
es als Granulat in den Öltank eines Verbrennungsmotors,
so wird es diesen zerstören,
indem es die Zylinderwände völlig zerkratzt.
Nicht ganz so interessant für Geheimagenten
ist, dass Bor auch die Polymere zusammenhält,
die Silly Putty (in Deutschland »Intelligente
Knete«) nicht nur weich und formbar
machen, sondern es auch überraschend zurückprallen
lassen, wenn man es an die Wand
wirft.
Bor ist also nicht gerade langweilig, aber
mit Kohlenstoff kann es sich nicht messen.
� Bornitrid
kommt in Werkzeugmaschinen
zum Einsatz, mit
denen gehärteter
Stahl geschnitten wird.
� Silly Putty®
(in Deutschland
»Intelligente
Knete«).
� Bor sieht man nur selten in reiner Form wie in diesem polykristallinen Klumpen.
Obwohl es extrem hart ist, ist Bor im Reinzustand zu spröde für praktische Anwendungen.
� Borsäure wurde
früher für alles Mögliche
empfohlen – von
der Augenreinigung
bis zum Ameisengift.
� Borcarbid für
Saboteure.
Elektronenverteilung
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p
Elementares
Atommasse
10,8111 amu
Dichte
2,460 g/cm 3
Atomradius
87 pm
Kristallstruktur
Atomares Emissionsspektrum
Materiezustand
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
11

Kohlenstoff
12
C
6

Kohlenstoff
KOHLENSTOFF IST der Grundbaustein des
Lebens. Natürlich gibt es noch viele weitere
Elemente, ohne die es kein Leben gäbe, aber
die einzigartigen Eigenschaften des Kohlenstoffs
halten einfach alles zusammen: vom
spiralförmigen Gerippe der DNS bis zu den
komplizierten Ringen und Schlingen von Steroiden
und Proteinen. Tatsächlich sind »organische
Verbindungen« gleichbedeutend mit
Kohlenstoffverbindungen.
Damit nicht genug, bildet der Kohlenstoff
auch den Diamanten, die härteste bekannte
Substanz auf Erden (zumindest bisher; zu den
Herausforderern siehe Bor, Element 5). Aber
Diamanten sind weder so selten, wie allgemein
angenommen, noch ungewöhnlich
schön, und sie sind auch nicht für die Ewigkeit:
Diese Mythen wurden allesamt vom Bergbauunternehmen
DeBeers in die Welt gesetzt,
ohne dessen Monopol Diamanten nur ein
Zehntel ihres heutigen Preises kosten würden.
Ein geschliffener Zirkonia oder kristallines
Siliciumcarbid (Karborund) sind nicht weniger
schön. Und bei ausreichend hohen Tem-
� Ein »Kongo-Würfel«, ein billiger
polykristalliner Diamantencluster.
� Gravuren in
Kohle (grob gesagt:
C n H 2n ) sind überall
zu fi nden, wo es
Kohle gibt.
� Ein Diamant ist für die Ewigkeit – sofern er nicht
zu sehr erhitzt wird, weil er dann zu Kohlendioxid
verbrennt.
peraturen verbrennen Diamanten und lösen
sich in Kohlendioxid auf.
Vor 25 Jahren hätte ich diese Worte wahrscheinlich
noch mit Kohlenstoff geschrieben,
denn beim »Blei« im Bleistift handelt es sich in
Wahrheit um Graphit, eine Form des Kohlenstoffs.
Kohlenstoffatome ordnen sich gern zu
Tafeln ähnlich einer Honigwabe an, mit einem
Kohlenstoffatom an jeder Ecke. Stapelt man
diese Tafeln übereinander, so erhält man Graphit.
Zu einer Kugel gefaltet, bilden sie einen
C 60 -»Buckyball«, benannt nach Buckminster
Fuller, dem Erfinder der geodätischen Kuppel.
Zu Röhren zusammengerollt ergeben sie das
stärkste bekannte Material: Kohlenstoffnanoröhren.
Gegenwärtig wird viel über den Kohlenstoff
diskutiert, denn die Menschheit pustet
das Kohlendioxid hunderttausendmal so
schnell in die Atmosphäre zurück, wie die
Sümpfe es zur Zeit der Dinosaurier speichern
konnten. Interessant ist, dass es sich mit dem
Stickstoff gerade umgekehrt verhält.
� Ein Graphitblock (reiner Kohlenstoff) aus dem ersten
Atomreaktor, beschrieben unter Fermium (100).
� Verkupferte Schweißelektroden aus
Graphit erhält man in jeder Fachhandlung.
� Computermodell
von C 60 (»Buckyball«).
� Winzige Industriediamanten
verwandeln diese
Stahlscheibe in ein extrem
hartes Schleifrad.
� Kohle, wie man sie
zum Heizen und für
Schmiedearbeiten
verwendet.
Elektronenverteilung
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p
Elementares
Atommasse
12,0107 amu
Dichte
2,260 g/cm 3
Atomradius
67 pm
Kristallstruktur
Atomares Emissionsspektrum
Materiezustand
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
13

Neon
14
1O

Neon
NEON IST EIN STRAHLEND schönes Element
und in bestimmten Lichtquellen zu finden.
So eng ist die Assoziation zwischen dem
Element und seiner häufigsten Anwendung,
dass es vom Times Square und von Las Vegas
heißt, sie seien »in Neon getaucht«.
Anders als die »Platin«-Kreditkarten, die
kein Platin enthalten, enthalten manche
»Neonschilder« – nämlich die orangeroten –
tatsächlich Neon. Wird eine Hochspannungsladung
durch eine mit Neon gefüllte Röhre
geschickt, so erstrahlt das Gas in einer unscharfen
orangeroten Linie entlang der Röhre.
(Bei anderen Farben handelt es sich nicht um
Neon. Und wenn man eine Röhre sieht, in der
das Licht nicht aus der Röhre selbst, sondern
aus einer undurchsichtigen Beschichtung auf
der Innenseite des Glases kommt, hat man es
mit einer mit Leuchtstoff beschichteten Quecksilberdampf-
oder Kryptonröhre zu tun.)
In seinem wunderbaren Buch Onkel
Wolfram schildert Oliver Sacks, wie er mit
einem Taschenspektroskop über den Times
Square lief und fasziniert die vielen verschie-
� Neonschilder enthalten
tatsächlich Neon. Der durch
das Neon fl ießende elektrische
Strom erzeugt das Licht.
denen Spektrallinien betrachtete. Auch so
kann man ein echtes Neonlicht erkennen –
an seinem einzigartigen Spektrum, das dem
keines anderen Elements gleicht.
Helium-Neon-Laser waren die ersten
kommerziell genutzten Dauerstrichlaser, die
zwar in vielen Anwendungen durch unglaublich
billige Halbleiterlaser ersetzt wurden, jedoch
weiterhin eine wichtige Anwendung für
dieses Element darstellen. Fast alle Einsatzmöglichkeiten
von Neon haben auf die eine
oder andere Art mit dem Licht zu tun, das es
ausstrahlt, wenn es elektrisch angeregt wird.
Neonlichter sind so lebhaft und verbreitet,
dass sie dem Element trotz der beschränkten
Anwendungsmöglichkeiten den Anschein von
Bedeutung geben, obwohl man es kaum vermissen
würde, wenn es vollkommen verschwände.
Neon ist das am wenigsten reaktive aller
Elemente, es geht keinerlei Verbindungen mit
anderen Elementen ein. Ganz anders Natrium,
mit dem wir auf die linke Seite des Periodensystems
zurückkehren.
� Ein winziges Anzeigelicht
von nur 0,3 cm Durchmesser,
betrieben mit 120 Volt Wechselspannung.
� Mehrere
Tausend Volt
beleuchten
diese Neonskulptur
in
Form einer
fraktalen
Hilbert-
Kurve.
� Reines Neon ist ein unsichtbares
Gas, wie man in dieser
alten Probenampulle sieht.
Elektronenverteilung
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p
Elementares
Atommasse
20,1797 amu
Dichte
0,000900 g/cm 3
Atomradius
38 pm
Kristallstruktur
Atomares Emissionsspektrum
15
Materiezustand
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

Kupfer
16
Cu
29

Kupfer
KUPFER IST EIN wunderbares Material. Viele
Elemente haben irgendeinen Makel: Sie wären
perfekt, wären sie nicht giftig oder würden
beim Kontakt mit Wasser nicht explodieren.
Bei Kupfer gibt es keinen Haken.
Um sich mit Kupfer zu vergiften, muss
man sich schon sehr bemühen. Man könnte
große Mengen Kupfersulfat schlucken oder
regelmäßig säurehaltige Nahrungsmittel essen,
die lange Zeit in Kupferbehältern aufbewahrt
wurden. Der Kontakt mit Gegenständen aus
Kupfer schadet nur selten. Das Metall hat sogar
antimikrobische Eigenschaften, weshalb es in
Krankenhäusern für Türknäufe und andere
Oberflächen verwendet wird, auf denen sich
Erreger sammeln könnten (aber es ist natürlich
eine Mär, dass Kupferarmreifen Heilkräfte
besitzen).
Kupfer ist so weich, dass man es von Hand
oder mit einfachen Elektrowerkzeugen bearbeiten
kann, und so hart, dass man sehr nützliche
Dinge daraus machen kann, insbesondere
in Legierungen mit Zinn (50) oder Zink (30),
die Bronze bzw. Messing ergeben. Man findet
Kupfer sogar in metallischer Form an vielen
Orten der Welt, was es zu einem der ersten
� Flechtkette aus Kupferdraht.
� Kühlkörper aus
massivem Kupfer
für einen
CPU-Chip.
� Bronze wird
weltweit in
der Kunst verwendet.
Diese
chinesische
Nippskulptur
besteht aus
massiver
Bronze.
nutz baren Metalle machte (daher die »Bronzezeit«,
was besser klingt als die »Kupferlegierungszeit«).
Kupfer ist das einzige erschwingliche
Metall, das nicht mehr oder weniger grau ist:
Die rund hundert metallischen Elemente
schimmern fast alle in einer Schattierung von
Silbergrau – die Ausnahmen sind Caesium
(55), Gold (79) und Kupfer. Es überrascht nicht,
dass die Menschen seit jeher Schmuck aus
Kupfer machen. Sein einziger Nachteil ist, dass
es im Lauf der Zeit anläuft, während Gold ewig
glänzt und 6 000-mal so viel kostet. (Der größte
Nachteil von Caesium als Schmuckmetall ist,
dass es beim Kontakt mit der Haut explodiert.)
Eine weitere gute Eigenschaft von Kupfer
war den frühen Menschen unbekannt: Es ist
das Metall mit der zweithöchsten elektrischen
Leitfähigkeit. Große Mengen von Kupfer werden
zu Stromkabeln verarbeitet, weshalb es
heute genauso unersetzlich ist wie in der
Bronzezeit.
Das nächste Element ist vielleicht nicht so
schön wie Kupfer, aber in meinem Herzen wird
Zink stets einen besonderen Platz einnehmen.
� Dieser handgefertigte
andgefertigte
Ball aus reinem em Kupfer
dient nur der r De Dekoration.
ekoration.
� Eine vom Autor aus
Kupfer gegossene »Periodentafel«
in Miniatur.
� Kupferschmiede fertigen
Becher und Kannen
manuell aus Kupferblech.
� Messing, eine
Kupferlegierung,
wurde schon in der
Antike verwendet und
beherrscht moderne
Einkaufszentren.
Elektronenverteilung
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p
Elementares
Atommasse
63,546 amu
Dichte
8,920 g/cm 3
Atomradius
145 pm
Kristallstruktur
Atomares Emissionsspektrum
Materiezustand
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
17

Strontium
18
Sr
38

Strontium
DAS STRONTIUM-ISOTOP 90 Sr, Bestandteil
des atomaren Niederschlags und schwarzes
Schaf der Familie Strontium, hat dieses Element
zu Unrecht in Verruf gebracht. Normales
Strontium ist überhaupt nicht radioaktiv und
sollte nicht in einem Atemzug mit der Atombombe
genannt werden.
Die Assoziation mit der Bombe sitzt vielleicht
deshalb so tief, weil Strontium sonst mit
kaum etwas in Verbindung zu bringen ist. Vermutlich
ist es auch nicht von Vorteil, dass eines
seiner wenigen Einsatzgebiete die teilweise
radioaktiven Leuchtfarben sind. Doch auch
hier wird das Strontium zu Unrecht beschuldigt.
Die extrem leuchtstarken modernen Farben,
die Strontiumaluminat enthalten, leuchten
im Dunklen, was jedoch nicht auf einem
radioaktiven Zerfall wie bei den Radiumfarben,
sondern auf der effizienten Absorp tion
des Umgebungslichts beruht, das anschließend
über mehrere Minuten oder auch Stunden
hinweg langsam wieder abgegeben wird.
Die Zugabe von wenigen Prozent Strontium
macht Aluminium-Silicium-Gusslegierungen
bruchfest. Wenn ein spezialisierter
Hersteller einer Legierungscharge eine kleine
� Strontium ist knochenaffi n, weil es zur selben
Gruppe gehört wie Calcium. Der Verzehr dieses
Elements kann gesund sein oder auch nicht.
� Reines Strontiummetall, trotz Aufbewahrung in
Mineralöl geringfügig oxidiert.
Menge eines exotischen Elements beimengen
möchte, liefert man ihm eine »Ausgangslegierung«,
die einen sehr viel höheren Anteil dieses
Elements enthält. Der Endverbraucher
schmilzt dann eine genau bemessene Menge
dieser Ausgangslegierung ein und muss nie
mit dem reinen Element arbeiten. Die frustrierende
Folge für Elementsammler: Der Kauf
einer 10- bis 20-prozentigen Strontium-Aluminium-Legierung
ist sehr viel leichter als der
Kauf von reinem Strontium.
Doch nun zu etwas ganz anderem: Strontiumhaltige
Pillen fördern angeblich das
Knochenwachstum. Aufgrund seiner chemischen
Ähnlichkeit mit dem benachbarten
Calcium (20) ist Strontium tatsächlich knochenaffin
(was einer der Gründe dafür ist,
dass der 90 Sr-Niederschlag so gefährlich ist).
Einige Strontiumverbindungen scheinen tatsächlich
das Knochenwachstum zu fördern,
aber es ist unklar und nicht bewiesen, ob die
in Reformhäusern verkaufte Form irgendeine
Wirkung hat.
Fest steht hingegen, dass die Wirkungen,
die Yttrium zugeschrieben werden, völliger
Unsinn sind.
� Eine Strontium-
Aluminium-Ausgangslegierung
enthält
etwa 20 Prozent Strontium
und krümmt sich auf
ungewöhnliche Art, wobei
sie sehr viel härter wird,
sobald sie gebogen ist.
� Strontiumtitanat war bis zur Entwicklung von
Zirkonia ein beliebtes Diamantimitat.
� Ein Beispiel für das
Mineral Coelestin
(Strontiumsulfat).
� Der Wirkstoff
in dieser
Zahnpasta ist
Strontiumacetat.
� Die hellen
Leuchtpuder
sind mit Europium
dotierte
Strontiumaluminate,
die
kräftigsten
der modernen
Leuchtstoffe.
Elektronenverteilung
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p
Elementares
Atommasse
87,62 amu
Dichte
2,630 g/cm 3
Atomradius
219 pm
Kristallstruktur
Atomares Emissionsspektrum
Emissionsspektrum
Materiezustand
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
19

DIE
Elemente
Inklusive Poster aller 118 Elemente
zum Heraustrennen!
»Theodore Gray liebt das Periodensystem, und seine Sammlung von Elementen
kann sich mit der eines jeden Museums messen. Mit seiner unver wechsel
baren Mischung aus Witz und Gelehrsamkeit und mit diesen wunderbaren
Fotos führt er uns die einzigartigen Eigenschaften und Einsatzgebiete der
Elemente vor Augen. Manche Beispiele liegen auf der Hand, andere sind aus-
gesprochen unkonventionell. Dieses großartige Buch wird Ihnen die Augen
öffnen für die Bedeutung der Stoffe, aus denen unsere Welt gemacht ist.«
Oliver Sacks, Autor von Der einarmige Pianist, Onkel Wolfram und vielen anderen Büchern
Die Elemente ist eine Kombination aus atemberaubender Bildsprache und
verständlicher Wissenschaft. Angeordnet nach der Reihenfolge des her kömmlichen
Periodensystems wird jedes Element in einem doppelseitigen Schaufenster
mit einer großfl ächigen Fotografi e präsentiert, die den »Baustein
unserer Welt« in seinem Reinzustand zeigt. Sauerstoff beispielsweise ist bei
Raumtemperatur ein farbloses Gas. Bei – 183 °C aber ist es eine wunderschöne
zartblaue Flüssig keit, die Theodore Gray für dieses Buch fotografi ert hat.
Die Bilder werden angereichert mit zahlreichen Details und Geschichten, und
auch die wissenschaftlichen Fakten fehlen nicht: Angeführt werden atomares
Gewicht, Dichte sowie Schmelz- und Siedepunkt eines jeden Elements. Weite re
Abbildungen zeigen verschiedene Verarbeitungsweisen und wie die jeweiligen
Elemente unser tägliches Leben begleiten. Die Elemente bietet so ein voll ständi
ges und faszinierendes Panorama der Atome unseres Universums – die Arbeit
von jahrelanger Recherche und Fotografi e.
www.fackeltraeger-verlag.de
DIEElemente
THEODORE GRAY
ISBN 978-3-7716-4435-2
Bausteine unserer Welt