Auf der Spur Elemente [3 ed.]

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Engels/Nowak Auf der Spur der Elemente

30' bearbeitete Auflage Copyright by VEB D eutscher Verlag für Grundstoffindustrie, L eipzig , 1971 B earbeitete Auflag e: © VEB D eutscher Verlag für Grundstoffindustrie, L eipzig, 1983 VLN 152.915/90/83 LSV 1209 Bildgestaltung : Dipl.vGraph . K. 'I'hicme Typographie und Schutzumschlag : Lothar Gabler Satz und Druck: Gutenberg Buchdrucker ei und Verl agsanstalt W eimar, B etrieb d er VOB Aufwärts Printed in th e German D emocratic R epublic R ed aktion ss chluß : 30. 40 1982 B est ell·Nro: 54177 5 8 DDR :~ 2 , - M

VORWORT D ieses Buch, das n unmehr in dritter Auflage ersc heint, ist wed er ein Lehrbuch der Chemie n och ein Geschichtsbuch , obwohl es von der Chemie h andelt und zahlreiche »Geschichte n« ent hält . Es will durch Darstellung eines Teilgebiet es der F achwissen schaft »Che rnier jeden naturwissen schaftli ch und historisch inter essiert en Leser anspreche n u nd ihn mit dem Ch arak te r che mischen Denke ns und chemi scher Produ kt ionsprozesse bekannt ma chen. Darüber hinaus will es zu weiteren Studien anregen. Das Buch b eri cht et an ausge wä hlte n Beispielen von de r Ent st ehung der Produktionstechnik, insbeso nde re der Metallurgie. Be stimmte Aspekte der Grundstoffche mie werden ebe nso behandelt wie solche der Atomphysik und K ernchemie. D ur ch weitgehe nde n Verzi cht auf spe zielle Vorkenntnisse wird die Geschichte der E ntdeckung und Nutzung der che mischen El emen t e in ihrem hist orischen Ablauf, aber auch unt er dem Gesicht spunkt ih rer t echnischen Bedeu tung und Anwend barke it dargestellt . Theoretische Gesichtspunkte werden nur da angeführ t , wo das zum Vers tändnis des Gesa mt zusammenhangs unbedingt notwendig ist. Der Leser wird weit erhin mit P ersönlichkeit en der Che mie- und Physik- Geschich t e vertraut ge mac ht. Er erfährt dabei von den Leistungen der Forsc her, die eine »Ord nung in die Dinge« brachten (D. I . M end eleev, L. M eyer) , die das Periodensyste m der El emente gleich um ga nze Gruppen bereicher ten ( H. Davy, W . Ramsay) , die den 'Veg jenseits der Actinoide bes chritten (G . N. Flerou] un d vieles andere me hr. Es wir d auc h von dem Mißbrau ch che mischer El ement e in den H änden Gewissenloser berichtet . Seit dem Erscheinen der ers t en Auflage dieses Buches im J ahre 1971 hat sich in vielen Wissenschafts disziplinen ein e stärkere H inwe nd ung zur historischen Betrachtungsweisc bemerkbar

gemac ht. Diese Tatsache und die freundliche Aufnah me des Titels durch eine breite Schicht vo n L esern sowie die "Würdigun g des Buches durch zahlreiche F achkollegen sind der Anla ß dafür, daß nunmehr die dritte Auflage vorliegt. Diese konnt e an zahlreichen Stellen ergänzt bzw . aktualisier t werden. Dab ei wurden ni cht nur die n euest en wissenschaftlichen und techni schen Entwicklungen berücks ichtigt, die sich beispi elsweise auf den Gebieten der Tran suranium-Elemente oder der R ohst offnutzun g erge b en haben , sondern auch jüngst e wissenschaftshistorische Erken ntnisse fanden eine gebüh rende Aufn ahme. Weiterhin war es möglich , einige Abbildungen gege n aussagekräftigere auszutausc he n . In der neuen Auflage werden die IUPAC-R egeln zur Nomenkl atur che mischer Elemente und Ver bindungen sowie die SI-Ei n heiten ange wen det. Au ch das äußere Erscheinungsbild des Bu ches wurde geä nde rt. Autoren und Verl ag hoffen, daß es in der n euen, zweckm äßi ger en F orm die Zu stimmung der in teressier te n Leser finde t . E s ist uns ein Be dürfnis , allen de nen herzli ch zu danken , die unsere Arbeit an diesem Buc h durch Hinweise unter stützt haben . E s sind dies F ra u Dr. so. I . S trube sowie die H erren Che m .-Ing. G. B eitel, P rof. Dr. G. Ackermann, Dr. H. Casse baurn, Prof. D r . V. Gutmann, Prof. Dr. W . Haberditzl (t), Prof. D r . H. W. P rinzler, Dr. H. R eman e und Doz. Dr. sc. R . S tolz. U n ser herzlicher Dank gilt weiterhin H errn Dipl.-Graph. K. T'hieme, der die Bildgest altung der ers te n bi s dri tt en Auflage besorgte, sowie H errn L . Gabler, der die graphischen Arbeite n zur dri t t en Auflage übernah m. Gleicher ma ßen sind wir dem VEB Deutscher Verlag für Gr undst offindustrie , Leip zig, für die üb erau s gute Zusa mmenarbeit sowie die Au sstattung des Bu ches zu gro ße m Dank verpflichtet. S ieg/ ried Engels

Alois Nowak

I NHALTSVERZEICHNIS Geschichte ohne H elden

11 12 15 15

Prognose kontra Historie Bau»stein e« od er »-materia lien« 1 »I ndivid uen « in Chemi e und Gese llscha ft »R ückblick« in den Kosmos Am Urs prung der Kultur

18 19 20 21 22 23 24 24 25 26

Die »g ut e alte Zeit «1 Dichtung bringt Inform ati on en Der göttliche Sch mied Außen seit er der Gesellschaft ' Ver kam zuer st 1 Unbekann te H elfer Das Best e kommt zuletz t Metallurgie und Geographie Die heilige Zahl Priester und »Bana usen « Sym bol eines Zeitalters: Bronze, Zinn, Kupfer

28 30 31 33

Was gesc ha h in der Bronz ezeit 1 Mischkristalle, Glocken und Kanonen Der Engpa ß : Zinn Kupf er : P artner der El ek trizität

Ein » Wunderstoff« und sein e Verwandten

55 Da s geheimnisvoll e Licht 58 Bekannte Verwandte - oder der »T riu mp h-Wagen Antimonii « 59 Da s Gift der Borgias: AS2 Ü 3 60 Die Do sis ma cht es 61 Noch »im Kommen «: Bismu t 62 El emen t e mit »Doppelle ben« 64 Im Kreislauf des Lebens 65 F euer in der Tasche Das Element mit den tausend Gesichtern

68 E in spät erkannte s El emen t 69 Kohle ist nicht gleich Kohl e 71 Was ist Kohle 1 n Ü ber 5 Millionen Verbindungen! 77 »Metallischer- K ohlenst off und R ußpro d uktion 79 Diamanten aus der Presse 1 Das E lement, das es ni ch t gibt 8 :~

Wie hält st du's mit dem E lemen tb egrifP 86 Die »F euerprobe« 88 Di e Lösung: Ein Irrtum 89 Der Wendepunkt der Chemie Das enträtselt e Chaos : W as serstoff, Sa ue rstoff und Stic k stoff

Die gedachte W elt

36 37 38 39 :39 41

Worau s besteh t die Wel t 1 Die Weisen und die El emen t e Das »Nicht s« als Krit erium Da s L eere und das Unteilbare Ei gens chaften und Gegen sätze Ausr eichend für 2000 J ahre Gold : Traum und Wirklichkeit

43 45 46

50 51 53

Das Metall der Könige F älscher, Magier, Labora n t en Die »her metische Hochzeit: Alch emie, ma ch Arcana! Das Metall des Merkur Der »Kö nig« der Metall e

95 97 98 100

Das Milieu der Gase Das reinste Phlogiston: Wasserst off E s gibt viele »Sor te n« Wasserst off D ephlogistisierte Luft = F euerluft = Sau erstoff 10:3 »Mephitische Luft« ode r die verpaß t e Gelegen heit: Stickstoff 104 Lebensnot wendig sind beide Metalle, die der Strom uns sche nk te 107 Der linke F lügel des P eri odensystems 110 Ei n F ehl betrag von vier Prozen t: L it hium 111 Unt erschiede und Gemeinsamkeiten

7

Vom Ursprung der Salze : Di e H alogene

115 Von »sauren« Oxiden 116 Von »muria t ischer Säure« und »dep hlogistisier ter Sa lzsäure« 118 Der »U mweg« über die Algen: I od 119 Das Dri tt e im Bunde : B rom 120 Das »Radica l« des Fluorw asserstoffs: Fluor 122 Vom Nu tz en der H alogen e Ordnung in den Dingen: D as P eriodensys tem der Elemente

125 Z wei F or scher und ihr System : D. I . .Mendeleev und L. J.lleyer 1:30 Die Vorgänger I :H Erste Bewä hr ung sproben 1:32 E in wen ig Physik: Die a tomphy sikalischen Gr undlagen des P eri odensy st ems der E lemente 1:3:3 Gren zen dES Sy stem s?

lßJ Wen ig spä te r : Th alli um und Indium 165 Selt en e Met alle?

W as noch in den Erzen st eckt : Die Chalkoge n e

167 E s gibt mehr Minerali en als Gest ein e 168 Die Geschichte einer Sä ure 171 Die Geschwister un t er den Elementen: Sele n und Tellur 173 Wert volle Nebenprodukt e Im Schatten der Großen: Germanium, Zink, Cadm ium und Blei

175 Ein »expe rime n t um cr ucis« f ür das P eriodensystem : Germani u rn 178 Da s a chte Metall : Zink 180 pl umb um ni gru m : das gewöhnliche Blei 181 Von der E ntdec k ung eine s »Arsen ik «geha l t es : Cadmium 183 Im »Scha tten« der Großen?

Von Kronjuwelen , Smar ag den und eine m Eka-Element: Aluminium, Ber yllium und Gallium

1:35 Silber a us Lehm: Aluminium 1:39 S marag de, Aq uam ari ne und - K ernreak t or en : Beryllium 14:3 Zwei un bekann t e Linien : Gallium 144 Das Eka -.. .Ylu min ium 145 Gallium : ein Metall mit großer Zukunft ? Der Sa n d verwandelt sich : Silicium, Bol' ; Titani u m, Zirconium und H afnium

148 Von »F luorkieselgas« und dem El ement »K iesel«: Silicium 151 a l Kaja und da s Radikal boro oder bor a ciuiu : Bor 15:3 Von den Urs öhn en der Erde : 'I'it ani um 156 Stets gemeinsam: Zirconium und Hafnium Auf der Spur des Lichts: Rubidium, Caesium; Indium, Thallium

S

160 Die »äußere n « Spe ktren der At ome 161 Biensen + K irchhoff und - ein R öm er: caes ius und ru bidus

Die Sä u lc der Zi vili sation: Eisen, Cobal t und Nickel

185 187 190 192

Eine Magn etnad el tanzt a us der R eihe Di e Schwi eri gkeit en werden gem eist ert Von Berggeistern und K an onen : Cobalt Nur ein Schimpfwort I : Nickel Von gewichtigen Erzen und bed eu tenden Minderheiten: Ch r om iu m , Molybdän und Wolfram ; Mangan und Rhenium

195 Im rot en Bleispat a us Sibiri en: Chromium 197 Versu che mit Wasser bley : Molybdän 199 Von zinnfressenden Wölfen und schwere n St einen: vVolfra m 200 Der fa lsch e Magn et und da s min eralische Cha mäleon : Mangan 202 Die let zt e klas sische Entdeck ung eine s E lements : Rhenium 204 Ni cht nur zur Stahlherstellung

Die »Unbedeuten den«: Va n a di um, Niobiu m und Tantal

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voneinander, rumänische, russis ch e, po lni sch e und tsch echi sch e Praktiker darauf, Erdöl zu destillieren und nur den zwis ch en ] 50 und 250 °C siedenden Anteil , d as P etroleum (gri ech .-la t ., Steinöl) , zur B eleu chtung zu verwenden. Gr öß er en Umfang nahm di e Nutzung des Erdöls aber erst an , a ls di e Amerikaner a uf Vorschlag des Professor s B. Silliman. a us New Haven et wa a b 1854- begannen , Erdöl in große m Maßstabe zu verarbeiten. Mit der Erfindung der Benzin- und Di eselm ot or en (1878 bzw, 1897) wurden a uc h ander e Fraktionen 1 des Erdöls , Benzin (Kp . 40 bis 150 °C), Di eselöl (Kp. 250 bi s :350 0 C) und Schmier öle (Kp . 300 bis 450 °C), interessant , und di e Erdölförderung in der Welt stieg v on 70000 t im Jahre 1860 a uf 21 Mio. Tonnen im Jahre 1900 . Di ese beispiellose Entwi cklung v oll zog sich auf wirtsch aftlich em Ge biet unter brut alsten Konkurrenzkämpfen, di e vor all em mit dem Namen des amerikanisch en Multimillionärs R ock e/eller, des Gründers der Stan dard Oil Co ., verbunden sind. Sch ließt man die Verwendung v on Erdölfrakti Ollen a ls Motortreibstoffe ein, dann wurden 197ß no ch 89% cles Erdöls zur Energiegewin-

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1 Fruk t ion (Iu t. = 'fe il, Bruchtei l) hier: An t ei l eines D esti llats mi t bes t imm t.em Si ed epunkt (abgek. : Kp ) od er - bor ei ch .

nung ge nu t zt, d. h. letzten Endes verbrannt [ 11]. An gesi chts der imm er knapper werdenden Erdölv or räte (ein ige Progn osen spreche n von eine r Erschöpfung d er Erdölvorräte schon in 20 bi s :30 J ahren [14, S .407]) mü ssen wir vor a lle m danach st re be n, di ese Vergeu d ung natürlich er R oh stoffe zugunsten einer stärke re n Nut zung von Erdöl für che mische Synthesen einzuschränken. Besonder s im let zt en J ahrzehnt h a t Erdga s a ls Kohlen stoff- und En er giequelle stark a n Bed eu tung ge won ne n . E s ent hä lt ni edrig siede n de Kohlenwasserstoffe n eb en oft beträ chtlich en Men gen an gasförmigem Sticks to ff (bis üb er 915 %), Kohlendioxid und Schwefelwasser st off so wie in ein ige n F äll en H elium (bi s zu 7%) . So ge nan nte »trock en e « Erdgase en t ha lte n über 80 % Methan , »nasses Erdgase dagegen unter 40 % Methan und erheb liche Men gen fl üssi ge Kohlenwasser stoffe, sog ena n ntes Naturgasb enzin , das sich durch hohe K lopffesti gkeit au szeichnet . Erdgas kommt häufig zusammen mit Erdöl vor , findet sich a ber auch all ein (z. B. in porösen Sa n dsch ich ten ) [5, S. 370]. Früher wurde das au s den Erdölquellen e nt we ichen de Erdgas abgefack elt (verbrannt) , da man es no ch ni cht über große Entfernungen transportieren konnte. Heute wird es durch Rohrleitungen (Pipelines) , di e oft T ausende v on Ki lom etern

Frukt. ioniert ürmo in eine m Errlölverur bei t.un gswerk

lang sind (Drushba-Trasse), ver einz elt ab er au ch in komprimierter Form auf Tankschiffen zum Bestimmungsort gebracht . Große Mengen werden als Brennstoff in der Industrie und im H au shal t (St adtgas ) verbraucht ; für den letz t genannte n Zweck müssen Geruc hsst offe zugeset zt werden , da Erdgas geruc hlos ist. Ab er auc h in der che mischen Industrie spielt es bereits eine gro ße R olle, z. B . zur H erstellung von Ruß (vgI. S. 79) und Ethen . D er Einsa tz von Propan aus Erdga s a ls Treib stoff für Kraftfahrzeuge wird zur Zeit erprobt. D ie DDR imp orti er t gege nwärt ig jährlich 6,5 Mrd . m 3 E rdgas au s der Sowjet union . Als weiter e ko hlenstoffhalti ge Energie- und Rohstoffquelle wird neuer dings die Biomasse, d. h . di e von Pflanzen (und Tieren ) produzierte organische Substanz , diskutiert [ 15]. Die Nettoproduktion an Gesa mtbiom asse beträgt et wa 10 11 t jJahr ; davon werden bish er nur 1 bis 2 % als Nah rungs- und Futtermittel sowie weitere 2% in Form von Ho lz, P ap ier usw. genut zt . Mit; eine m E insatz von Biomasse für organische Synthesen in größere m Umfan g wird jed och nicht vor dem J ahr 2000 gerec hnet [15]. Eine Mögli chkeit zur Schonung un ser er K ohlenstoffvorräte b esteht au ch darin , das K ohl endioxid der Atmosphäre für che mische Sy nthese n einzuset zen. D adurch könnte gleichzeit ig di e Belast ung der Atmosphäre, welche durch di e Verbrennung kohl en stoffhaItiger Verbindungen er folgt, ve rringe rt werden [14, S. 410]. B is dahin ist jedo ch noch ein weiter YVeg zur ückzulegen. »Metallischer « Kohlenstoff und Rußproduktion K ehr en wir jedo ch wieder zum elem entaren Kohlen stoff zurück. Üb erall, wo sich Ko h len st off durch Zersetzung sein er Verbindun gen ab scheid et , erfolgt dies in der hex agon alen Form, als Graphit. Au ch die Lag er von Graphit, die sich besonders bei Passau, im Ural, auf Sri Lanka,

77

Rol1öl

Ü bers ich t d er Pro zosso ;'; U I' R a ffin a t ion d es Erdöls und d er w ich t igs t en d nboi e n ts tehe n de n Zwisch en und End p rodu k t c

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in Finnland, K an ada und den US A find en , sind wahrscheinli ch durch Zersetzung von K ohl en st offver bindunge n entstande n. D er graue bis grauschwarze, äu ßerst weiche Stoff glänzt ni cht nur metallisch, sondern leitet auc h den elekt rische n Strom, so daß man ihn als die »me tallisc h c , Modifik ation des Kohlen stoffs bezeichnen könnte. Diese Ei gen schaften komm en dadurch zust ande, daß die Kohlenstoffatome im Grap hit in Schich t en von regelmäßigen Sech secken vorliegen , in den en jed es Kohlenstoffatom mit den a nderen durch drei homöopol ar e Bindungen (s. S. 74) verknüpft ist, während die vierten E lektronen jedes At om s in der ganzen Schichte bene frei be-

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wegli eh sind. Man k ann also jed e Sch icht als ein ri esiges zweidimen sionales Molekül a nse he n . Di e Schichten sin d unter ein ander nur schwa ch ge bunden und las sen sich dah er gegeneinan der ver schieb en ; auc h di e Leitfähigk eit zwischen den Schi chten ist et wa 10000mal schwäc her als in Schichtricht ung . Graphit bildet im Gemis ch mit Ton di e Min en der Bleistifte ; ferner" dient er zum leit enden Ü berziehen der Formen bei der ga lvanische n H erstellung von Metallgegen st änden 1 und als Zusatz zu Sch mier mit te ln . Da er di e Wärm e rec ht gut leitet und daher nur seinve r verbrennt, sind Sch melztiegel a us eine r Graphit-Ton-Mischung bestän dig gegen plötzliche TemperaturDu r ch e le k t r oly t isc he Absch ci rlung (Galv u no p lns ti k) .

1

vo n

M et all

wech sel und schützen d as Sch melzgut t rot zde m gegen Luftsau ersto ff. H eu t e stellt man aus di ese m Ma t eri al a uc h R eaktionsgefäße (od er deren Au skl eidungen) fü r di e che mische Industrie, Rohre, Füllkörper und d ergleich en h er , b esonder s für d as Arbeiten mit starke n Säuren . Graphit wird a u ch zur H erstellung von Elek trod en ve r wende t und Rostschutzanstri chen zu gesetzt. Schließl ich di ent Gr ap hit no ch als Mod erator in Atomreakt or en . 1 Für so vi elfältige Verwendungszw eck e r eichen di e natür liche n Vorko m me n v on Grap hit n icht a us, so daß nach v erschi ed en en Verfahren große Men gen davon fa b rikm äßig hergest ellt werden. Erhitz t m an K ohl e un t er Luft a bschluß a uf 3000 °C, d ann en tsteht der sogenan nte »Acheson-Grap h it«. In L eu chtgasfa briken sc he idet sich a n den Wänden der »Retorten« (K ohl e-Entgasungskam me rn ) der »Retortengraph it« a b, der im Gegen satz zum n a türli ch en Grap h it sehr h art ist , weil seine sehr kl ein en Krist all e sich mit ihren Schichten ve r za hne n. B eide werden zur Herstellung vo n E lektro de n ve rwen det. Durch Zersetzung v on Kohlenstoffver bindu nge n, wie A cet yl en , Erdgas, P ech , Naphthalen usw ., entsteht K ohl en stoff in sehr kl einen, zu Kugeln zusam me ngeballten Krist ällch en , di e sich zu großen , lock er en Flock en zu sammenlagern . Di ese F orm des Kohlenstoffs wird als Ruß (Fl a m mruß , Gasru ß usw.) bezei chnet. Im Jahre 1958 wurden etwa 1 Mi I!. Tonnen Ruß hergestellt. Ü ber 90 % davon werden al s sogenan nter »F üll1

Vgl. S. 100, 141 , 277

K ri s t allgi tter d es Grap h its (hexago nales Sc h ich te ng itter)

stoff« be i de r Fertigu ng vo n Autore ifen und a n deren Gum mia rtike ln verwen det; di e best en Qualitäte n di en en zur H er stell un g von Tusch e un d Dru ck farben. Auc h H olzkohl e, die heute ni cht mehr in Mei lern, so ndern durch trocke ne Destillation (s. S . 73) vo n H olz hergestellt wird , ist zu mehr nütze als zum Grille n v on Rostbraten. Durch ihre gro ße Porosit ä t eignet sie sich zum Entfer ne n (Ab sor bieren) unerwünschter St offe aus Gasen u nd F l üssigke ite n . Ein Holzkohl ewürfel vo n 1 cm K ant enlän ge a bso r b ier t z. B. 178 cmA m mon iakgas ode r di e seinem Gewicht gleiche :i\fenge T etrachl orkohl en stoff. Noch h öh er ist das Ab sorpti on sv ermögen der sogenannten »Aktivkohlen «, di e au s b eson der en R oh st offen , wie Knochen , Blut, Kokossch al en usw. , od er n ach spe ziellen Verfahren , z . B . in Gege n wa rt vo n Zinkchlo rid od er W asser dampf, hergestellt wer den. Ein Gramm eine r so lchen Aktivko hle ha t eine ads or b iere n de Ob erflä ch e vo n etwa 800 111 2 ! Verwendet wird Akti vk ohl e zu m Reinigen vo n Trinkwasser , En t färben vo n Zu cker siru p un d che m ischen P räparate n, An re icher n vo n P enicill in, Strepto mycin usw. au s L ösungen , Rü ck gew in nung v on L ösun gsmitteld ärnpfen , z . B. in Lack - oder Kunstseiden fabriken , in den F iltern von Gas masken sowie als K atalysator bzw. Katalysatorträger bei che mische n R eaktionen. Diamanten aus der Presse? D as wo hl am h öch st en geschät zte Element üb er haupt ist di e r egul äre Modifikat ion des Kohlenstoffs, der D ia mant. Zwar sin d vere in zelt Di amau t en m it eine r Masse v on mehreren hunder t Gram m ge fu nde n worden - d er grö ßte für Sch muc k zwec ke ver wen dete Di aman t d er W elt , der »Cullinan« , wog 621,2 g, ein unreiner brasilianischer Ste in sogar n och einige Gram m mehr -, abe r gewöhn lich findet man selbst in den »re iche n« Di amantminen Süd- und S üdwestafr ikas.

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E ris t all gi tter d es D ia m a n t.s. J ed es K ohl enst.offa to m is t VO ll v ie r n nd e r en t etraed ri sc h umg eben ; links un t en is t ein so lche r T et r a ed er ci ng ez e ic h ne t

Brasilien s und des Ur als a uf eine Tonne Gestein 0,01 bi s 0,1 g Di amanten , no ch dazu meist als winzige Splitter . Di e Di amantenproduktion der W elt im J ahre 1975 betrug 52 Mill. K arat-, d. h . etwa 10,4 t; davon waren jedoch nur et wa 20% als Sch muc ks t eine brauchbar. Di ese Steine sind wasserklar. meist schwac h bl äulich , selt en er r osa ode r ge lb und stre uen vers chiede nfa rb iges L icht verschi ed en stark , so daß ein prä chtiges Far bens piel ent steh t , das man n och durch Anschleifen von total r eflek ti er en den Flä ch en , den sogenan nt en »Brillantschliff«, verstär k t. Di e meist en D ia ma n ten sind jed och trübe und bleigra u bi s schwar z gefä rb t und eigne n sich daher nur für die industrielle Verwen du ng .lDi am anten sind nämli ch n icht nur Luxusartikel , sond ern a uch wich ti ges industri elles Rohmat er ial , und zwar wegen ihrer H ärte, die bi s heu t e n och vo n keinem an deren Stoff erreicht wird . Zum B eispiel ist die Sch leifwirk u ng von Di amantpulver 140m al so groß wie die v on K orunds. Di amanten werden daher in Werkzeugen zum B ohre n, Sch ne ide n und Schlcifen besonder s harter Materialien , zum Zieh en dünner D räht e, z , B . für di e Glühla mpen herstellung , als Ac hs lager für Prä 1 Gew ichtsei n heit fü r E d elmetalle und Ed elste in e, früh er das Gew icht eines Joh annis bro tk ernes, h eu t e g leich 0, 2 g ge se t zt ( m et r isch es K ara t) .

z A lu m in iu mox id , H u up tbestandteil d es Schmirg els

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un d gebr ä uch lichstes Sch leif m ittel.

zisionsin strumcnte usw. cingeset zt . B ek annt ist au ch die Verw endung kleiner Di amanten zum Glasschneiden ; hierzu muß der Di am ant so befestigt werden, daß der Schnitt mit eine r natürlichen Krist allkante geführt wird , die dann das Glas ni ch t nur ritzt , son dern wie ein K eil spaltet. Allerding s ist Diamant so sprö de, d aß man ihn ohne weiteres im Stahlmörser zu Pulver zerreib en kann . Schneiden und sch leifen k ann man ihn jed och nur mit Di am antw crkzeu gen. ~ Zur Befr ied igung der durch diese v ielseitige Verwendbar keit her vorgerufenen gro ßen Nach frage hab en seit dem v origen J ahr hun dert za h lreich e Wissen sch aftl er , a ber auch mod erne Alche mist en und Scharlatane ve rs uc ht, Di am anten künstlich herzustellen. Man brauchte ja d azu »n ur - Kohlen stoff in di e. Di am an tstruktur zu ü berführen. Wi e d as Phasendiagr amm des Koh lenst offs jed och zeigt, ist das Gebiet , in dem der Di amant sich bilde t, ext rem sch wel' zu erreichen . E s liegt , wie Vers uc he vo n P . Bridgman in den vierziger Jahren zeigten , für die n otwendigen Tem peraturen von 2000 bi s 3 000 oe ob erhalb von 3000 MPa [ 16]! Selbst die best en Son derwerkst offe hal t en diese Belastung nur aus, wenn sie selbst unt er hohem Druck stehen, so daß die Druckdifferenz kl ein er al s ] 000 MPa wird. Den F ors che rn, die sich vor fast hundert Jahren an die Di amantherst ellung wagten , waren diese Gesetzmä ß igkeiten unbekannt . Einer der erst en war der Engländer H annay [16], der P araffin B r illa nt en

To t alreflexi on d es Li ch t s bei Brill an t s chliff

und Knochenöl in beids eitig ve rsch weißte n Flintenl äufen erhitzte. Dabei erhielt er Kriställehe n, die im Britischen Museum heu te no ch aufbewahrt werden und die sich bei experimente ller Na chprüfung durch Röntgenstrukturan alys e t atsä chli ch als Di amant en erwiesen hab en. H eute kann ni cht mehr entschie den werden , ob es sich dab ei um eve nt uelle F älschungen oder das R esultat eines glücklichen Zufalls handelt, denn inzwische n ersc heint es möglich, durch eine n »Tricl« auch mit geringen Drücken zum Ziel zu k ommen [li]. Allerdings sind alle Versuc he, die Ergebnisse von H anna y zu r eproduzieren , bisher gescheiter t . Der Schr ifts te ller J ules V erne schildert eine n solche n Versu ch in seinem R om an »De r Stern des S üde ns«. E ine n anderen W eg ging der Franzose H . .M ois san im J ahre 1894. E r ve rsuc hte, di e Bildungsbedingungen in E isen mete oriten n achzuahmen , indem er gesch molzenes Ei sen mit Kohlen st off sättigte und rasch abkühlte. Au ch diese Versu che waren erfolglos. Entgegen den An gab en in zahlreichen Lehrbüchern h at M oissan. jed och nie beh auptet, Di am anten erhalte n zu hab en . Andere F orscher ver suchten, den im K ohlelichtbogen verdampfenden Kohlenstoff durch flüssige Luft zur Kristallisation zu bringen (0 . R utJ 1917, M . K . HotJmann 1931 u . a .). E s entstand jedo ch nur Graphit. E rs t in den Jahren 1953 bis 1954 gelang ~s einer a merikanische n und einer schwedis c en Ar -

beitsgruppe, bei etwa 2 000 "C und 5300 MP a aus P araffin en in Gegenwart von Metallkat alysatoren Di am anten zu erhalte n. Im J ahre 1958 folgte eine sowjetische Arbeitsgruppe, und seit et wa 1961 werden »kü nst liche: Diamanten in größerem U mfa nge hergestellt und verwendet. 'Wenn auc h di e Ver bin dunge n von Kohlenstoff mit einige n Met allen , z. B. Wolfram- , Titanium- und Vanadiumcar bid , dem Diamanten bei der H erste llun g von "\Verkzeugen n euerdings einige K onkurrenz machen , so ersc he int do ch der Ab sa t z auc h in Zukunft gesichert . Der Vollständigkeit halb er soll noch er wähnt wer den , daß bei höchst en Drücke n noch andere Modifikationen des K ohlen st offs ex istiere n, dar unter eine, die no ch »me tallisc here ist als der Graphit. J ed och werden diese Modifikationen wohl k aum praktische Bed eu tung erlange n.

Ph a sendiagramm d es K ohlenst o ffs (nac h P. W . Bridgman, vg l. [17]) Die Ge bie t e g eb en T emper a tur - lind Druckbere iche an, in d enen sic h di e b etreffenden Modifika ti onen d es Kohlenstoffs b ild en

DYt-i c.k iI1GP..1

1 -

2

60

2

:Li

+ :H

3

1

n

2 ~He

(1)

2

~H

->

e+ 3H

(2)

+n

(3)

2 :He

1

In di esem F all wird das Tritium bei der E xplosion nach R eaktion (2) er zeug t . Die dafür erfor derli chen Neutronen stammen aus der Spalt ung der P lutoniumatome (s. S. 280). Das so ent standen e 'I'ritium reagiert dann mit Lithium-ß weiter zu H elium. Di e bei der K ernverschm elzung fr eigesetzten Energiem engen sind wesentlich grö ßer als die bei der K ernsp altung. Hier bietet sich der F orschung eine große , verantwortungsvolle Auf-

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ga be an. Wenn es gelingt, di e bei der Kernversch melzung abla ufende n Vorgänge über länger e Zeiträume hinweg kontrollier t zu steuern, so können der Men schheit gewa ltige E nerg ierese rv en ersc hlossen wer den . U m dieses Ziel zu erreichen, bed arf es jed och n och großer Anstrengungen . Sie liegen einmal auf wissensc haftlich -t echnischem Gebi et. Andererseits gilt es alles zu un ternehmen , um dem verbrec herische n Mißbrauch der K ernenergie als Massen vernichtungsmittel in den H änden Gewissenloser zu begegn en.

B enutzt e Litera tur: [I] Hu mph ry Du.vv , -J öns J uco b B erzelius / W . P run clt I. - St uttg art : Wiss en sch uf't.lioh e Ve r lagsgesellsc huft 111. b . H. , 1948. - S. 46 ; vgl. a uc h : Tho d eeompositio n o f t he fi x ed a lkalles nnd a lkuline ea rt.h s / Davy, H. - Sei. Ne ws L e t t ors. 14 ( 1928) . - N I'. :1 90. [2 ] Davy , H . - J, Nat u r . P h ilos ., Che rn , a n d the Arts ( ,)Nicholso n's J .(,). - L ori do n 21 (I SOS) - S. 366 ; 22 (I S0 9 ). - S. 54 . [3J Arfwedson, J. A . - Afh. i Fvsik , K o mi oe h Mi n, 6 ( 18 IS) . - S . 14 5. • [4J Bunsen,R-A rll\.- 94 ( 1855) . -S . I07 . [5J S elten e Met ull e / W. Sehreiter. - L e ipzig : V E B D e u t sch er V r-rI. I ür G r u ndst.offin rl us t ri e, 19 0 I. Be!. Tl.

Ursprung der Salze: Die Halogene \10111

Von »sa uren c Oxiden »Salze sind het er opol are Verb indunge n, die ein aus K ati onen (positiv gelade ne Met all- , H al bmetall- oder K omplexi onen) und An ionen (negati v geladene Nichtmetall-, H al bm et all- oder K omplexionen ) bestehe ndes Kristallgitter bilden. r »Neu t rale oder nor male Sa lze entstehen bei den Umse tzungen vo n Sä ure n mit den äquivalenten :Mengen Basen , d. h. bei vollständiger Neu tralisation.« Soweit die nüchterne Definit ion einer Stoffgrup pe, wie wir sie eine m Chem ielexikon ent no m men hab en [1]. Do ch muß auc h hier wieder daran erinnert werden, daß all das, was uns heute so selbs t verst ändlich ersc heint, k eineswegs immer so klar gewesen ist. Noch zu Anfan g des 19. •Tahrhunderts herrschte die Theori e von L aooisier, wona ch alle Säure n und Basen Sauer stoff ent hielten. Das Wasser , das bei einer Vereinigung von Sä uren und Basen fre i wurde, sollte na ch der Lehre des großen Franzosen ur sprünglich mit dem »saure n Oxid« ver bunde n gewesen und aus dieser Verbindung durch das basische Oxid verdrä ngt worden sein. Diese Auffassung ga lt auc h für das »salzsaure Gas« (gemeint ist der Chlor wasse rstoff, H Cl), das a ls die Verbindung des sa uren Oxids eines n och n icht isolier te n Gr undstoffs mit "Wasse r angesehe n wurde . Gerade die Au fkl ärung der Zusammenhänge zwisch en dem »salzsaure n Gas« und dem ihm zugrunde liegenden Grunds to ff trug wesentlich zum Verständnis einer Stoffklasse bei, die unter dem Namen »Halogene« bek annt ist. Der Nam e »Halogen - (Salzbildner ) wurde von dem H erausgebe r des »Journals für Che mie und Physik «, dem deutschen Physiker , Mathem atiker und Che mike r J ohann Salomo Christoph Schweigger (1779 bis 1857), geprägt. Di ese B ezeichnung war ursprünglich für das Chlor wegen seine r Fähigkeit zur Sa lzbildung vorgeschl agen worden und hat sieh als Gruppen name für die Elem ente

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Fluor, Chlor, Brom , Iod und Astat erhalten. Und Chlor war auch das erste Element, das aus der Gruppe der Halogene entdeckt wurde. Von »muriatiseher Säure« und »dephlogistisierter Salzsäure« Am 12. Juli 1810 hielt der englische Chemiker Humphry Davy vor der Royal Society in London einen Vortrag, der den langen Titel trug »Über das oxygeniert-salzsaure Gas, dessen Natur und Verbindungen, und über die Grundstoffe der Salzsäure : mit einigen Versuchen über Schwefel und Phosphor, aus dem Laboratorium der Royal Institution« . Davy, der wenige Jahre zuvor eine Reihe von Alkali- und Erdalkali-Metallen auf elektrochemischem Wege erstmals dargestellt hatte (s. S. 108), berichtete u . a. über Versuche, die das Ziel verfolgt hatten, den in der Salzsäure verborgenen Grundstoff näher kennenzulernen. Dieser »Grundstoff« war schon rund 40 Jahre früher entdeckt worden (s. a. S. 201). Garl Wilhelm Scheele hatte 1769 [2] den Braunstein untersucht, der hauptsächlich aus Mangan(IV)-oxid, Mn02, besteht. Seine Untersuchungen führten ihn auf die Spur von drei

Elementen, und zwar von Barium, Mangan und - Chlor ! Beim Behandeln von Pyrolusit, einer Ausbildungsform des Braunsteins, mit »muriatischer S äure- (so nannte man zur damaligen Zeit meistens die Salzsäure, von lat. muria = Salzlake) beobachtete er ein gelbgrünes Gas von erstickendem Geruch. Scheele nahm an, daß der Braunstein aus der muriatischen Säure das »brennbare Prinzip«, das Phlogiston, freigesetzt habe, und nannte das Gas »dephlogistisierte Salzs äure: oder »dephlogistisierte muriatische S äure«. Wenngleich die Deutung der Oxydation von Salzsäure zu Chlor durch Scheele auch auf den Ansichten der Phlogistontheorie beruhte, so traf sie doch den Kern der Wahrheit. Die Aufklärung der elementaren Natur des neuen Gases blieb jedoch H. Davy vorbehalten. In dem bereits erwähnten Vortrag setzte er sich an Hand seiner Untersuchungsergebnisse kritisch mit den Ansichten vorrangig der führenden französischen Chemiker (Gay-Lussac, Thenard, Berthollet) auseinander, wonach das neue Gas eine Verbindung von Salzsäure mit Sauerstoff sei. Sie sahen es als »oxydierte Salzsäure(nicht als Oxydationsprodukt der Salzsäure) an. Von Berthollet stammt auch die Bezeichnung

17G9: M>1 0" + 4 HCI..... M>1CI4 + 2 H20 M..,CI4- M >1C12 ~q 2

He"te : Alkalid1lori,,-Elektro!yse Großted'H1i5cl1es Vert