Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente

In dieser Folge widmen wir uns dem jüngsten Mitglied der Platinmetalle. Ruthenium ist eines der seltensten Elemente der Erdkruste und spielt heute eine Schlüsselrolle in der Halbleiterindustrie, in der grünen Chemie und in der Krebsforschung. Mit der Ordnungszahl 44 trägt es seinen Namen zu Ehren des historischen Russlands.


Themen dieser Folge:


Physikalische und chemische Eigenschaften: Schmelzpunkt 2.334 °C, Dichte 12,45 g/cm³, Mohs-Härte 6,5, Oxidationsstufen von minus zwei bis plus acht Magnetische Besonderheiten: Diskussion um Ruthenium als möglicherweise viertes ferromagnetisches Element bei Raumtemperatur Rutheniumtetroxid (RuO4) als hochreaktive Verbindung in der Oxidationschemie Entdeckungsgeschichte: Vorarbeiten von Jędrzej Śniadecki (1808) und Gottfried Wilhelm Osann (1827), endgültige Entdeckung 1844 durch Karl Ernst Claus in Kasan Vorkommen: Bushveld-Komplex in Südafrika, Norilsk in Russland, Sudbury in Kanada Ruthenium-106-Vorfall im Herbst 2017 über Europa Anwendung als magnetischer Spacer in Festplatten (Antiferromagnetic Coupling) Potentieller Ersatz für Kupfer in feinsten Halbleiterstrukturen unterhalb von 5 Nanometern Härtebestandteil in Platin-Ruthenium-Legierungen für Schmuck und in Iridium-Spitzen von Füllfederhaltern Grubbs-Katalysatoren und Olefin-Metathese (Nobelpreis 2005) Ruthenium-Farbstoffe in Grätzel-Solarzellen (N3, N719) Wasserstoffwirtschaft, Brennstoffzellen und KBR Advanced Ammonia Process Krebstherapie: KP1019, NAMI-A, TLD1433 Brachytherapie von Aderhautmelanomen mit Ruthenium-106


Wissenschaftliche Quellen und weiterführende Literatur:


Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. (2012): Chemistry of the Elements, 2. Auflage, Butterworth-Heinemann Holleman, A. F., Wiberg, E. & Wiberg, N. (2007): Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter Grubbs, R. H. (2006): "Olefin-Metathesis Catalysts for the Preparation of Molecules and Materials" (Nobel Lecture), Angewandte Chemie International Edition Pyykkö, P. & Atsumi, M. (2009): "Molecular Single-Bond Covalent Radii for Elements 1–118", Chemistry – A European Journal Quina, S. et al. (2018): "Realization of room-temperature ferromagnetism in 4d Ru metal", Physical Review B Masson, O. et al. (2019): "Airborne concentrations and chemical considerations of radioactive ruthenium from an undeclared major nuclear release in 2017", PNAS Alessio, E. & Messori, L. (2019): "NAMI-A and KP1019/1339, Two Iconic Ruthenium Anticancer Drug Candidates", Molecules O'Regan, B. & Grätzel, M. (1991): "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films", Nature Johnson Matthey (2024): PGM Market Report U.S. Geological Survey (2024): Mineral Commodity Summaries: Platinum-Group Metals


Weitere Schlafreise Reihen:


⁠⁠⁠⁠Einschlafen mit Natur⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Schlafreise durch vergessene Welten⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Schlafreise durch das Universum⁠⁠⁠⁠


Englische Reihen:


⁠⁠⁠⁠Sleep Journey through Lost Worlds⁠⁠⁠⁠


Weitere Wissenreise Reihen:


⁠⁠⁠Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Psychologie⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Länder der Erde⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Urzeit⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Geschichte⁠⁠⁠


Hinweis: Die Vertonung ist KI unterstützt. Die neuen Folgen von Schlafreise durch das Universum sind komplett ohne produziert.

In dieser Folge widmen wir uns einem ganz besonderen Element: Technetium war das erste Element, das künstlich erzeugt wurde, lange bevor seine natürliche Existenz in Spurenmengen entdeckt wurde. Mit der Ordnungszahl 43 schloss es eine berühmte Lücke im Periodensystem und prägt heute die medizinische Diagnostik weltweit.


Themen dieser Folge:


Physikalische und chemische Eigenschaften: Schmelzpunkt 2.157 °C, Dichte 11,5 g/cm³, Supraleitung unterhalb von 7,46 Kelvin, Oxidationsstufen von minus eins bis plus sieben Radioaktivität: Keine stabilen Isotope, langlebigste Vertreter Tc-97, Tc-98 und Tc-99 mit Halbwertszeiten im Millionen-Jahre-Bereich Vorhersage durch Mendelejew als Eka-Mangan im Jahr 1869 Falsche Entdeckungen wie Polinium, Ilmenium, Pelopium und Davyum Die umstrittene Masurium-Behauptung von Walter Noddack, Ida Tacke und Otto Berg im Jahr 1925 Endgültige Entdeckung 1937 durch Emilio Segrè und Carlo Perrier in Palermo aus deuteronenbestrahltem Molybdän Astrophysikalische Bedeutung: Nachweis in roten Riesensternen der S-Klasse durch Paul W. Merrill 1952 als Beleg für stellare Nukleosynthese Natürliches Vorkommen in Uranerzen durch spontane Spaltung Technetium-99 als Hauptspaltprodukt in Kernreaktoren Nuklearmedizinische Anwendung: Tc-99m mit Halbwertszeit von 6 Stunden und Gammaenergie von 140 keV Molybdän-Technetium-Generatoren (Moly-Cows) und globale Versorgungssicherheit Radiopharmaka wie MDP, Sestamibi und Pentetinsäure-Komplexe Forschung zur Endlagerung und zur Koordinationschemie


Wissenschaftliche Quellen und weiterführende Literatur:


Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. (2012): Chemistry of the Elements, 2. Auflage, Butterworth-Heinemann Holleman, A. F., Wiberg, E. & Wiberg, N. (2007): Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter Perrier, C. & Segrè, E. (1937): "Some chemical properties of element 43", Journal of Chemical Physics Merrill, P. W. (1952): "Spectroscopic Observations of Stars of Class S", Astrophysical Journal Burbidge, E. M., Burbidge, G. R., Fowler, W. A. & Hoyle, F. (1957): "Synthesis of the Elements in Stars", Reviews of Modern Physics Schwochau, K. (2000): Technetium: Chemistry and Radiopharmaceutical Applications, Wiley-VCH OECD Nuclear Energy Agency (2019): The Supply of Medical Radioisotopes IAEA (2013): Non-HEU Production Technologies for Molybdenum-99 and Technetium-99m Yoshihara, H. K. (2004): "Discovery of a new element 'nipponium'", Spectrochimica Acta Part B Habashi, F. (2006): "The History of Element 43 — Technetium", Journal of Chemical Education


Weitere Schlafreise Reihen:


⁠⁠⁠⁠Einschlafen mit Natur⁠⁠⁠⁠


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⁠⁠⁠⁠Schlafreise durch das Universum⁠⁠⁠⁠


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Hinweis: Die Vertonung ist KI unterstützt. Die neuen Folgen von Schlafreise durch das Universum sind komplett ohne produziert.

In dieser Folge widmen wir uns einem Element mit erstaunlicher Doppelrolle: Molybdän ist zugleich ein robuster Hochleistungswerkstoff für die heißesten Anwendungen der Industrie und ein lebenswichtiges Spurenelement für nahezu alle Lebewesen. Mit der Ordnungszahl 42 trägt es seinen Beinamen Hochtemperatur-Krieger zu Recht.


Themen dieser Folge:


Physikalische und chemische Eigenschaften: Schmelzpunkt 2.623 °C, Dichte 10,28 g/cm³, hervorragende Hochtemperaturfestigkeit, Problem der katastrophalen Oxidation oberhalb 600 °C Entdeckungsgeschichte: 1778 durch Carl Wilhelm Scheele identifiziert, 1781 von Peter Jacob Hjelm erstmals als reines Metall dargestellt Vorkommen: Hauptmineral Molybdänit (MoS2), wichtige Produktionsländer China, Chile, USA, Peru und Mexiko Anwendung in HSS-Schnellarbeitsstählen, Werkzeugstählen und nichtrostenden Sorten 316/316L Superlegierungen für Strahltriebwerke und Gasturbinen Heizleiter, Glaselektroden und Sputtertargets für CIGS-Solarzellen MoS2 als Festschmierstoff in Raumfahrt und Industrie Cobalt-Molybdän-Katalysatoren in der Erdölentschwefelung Biologische Bedeutung: Molybdän-Cofaktor in Sulfit-Oxidase, Aldehydoxidase, Xanthinoxidase FeMoco der Nitrogenase und biologische Stickstofffixierung Nuklearmedizin: Molybdän-99 als Mutterisotop für Technetium-99m, weltweit 30–40 Millionen Untersuchungen pro Jahr Risiken: Molybdänose bei Wiederkäuern durch Kupferantagonismus


Wissenschaftliche Quellen und weiterführende Literatur:


Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. (2012): Chemistry of the Elements, 2. Auflage, Butterworth-Heinemann Holleman, A. F., Wiberg, E. & Wiberg, N. (2007): Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter Schwarz, G., Mendel, R. R. & Ribbe, M. W. (2009): "Molybdenum cofactors, enzymes and pathways", Nature Hoffman, B. M. et al. (2014): "Mechanism of Nitrogen Fixation by Nitrogenase", Chemical Reviews International Molybdenum Association (IMOA): Molybdenum Uses and Statistics, jährliche Berichte U.S. Geological Survey (2024): Mineral Commodity Summaries: Molybdenum OECD Nuclear Energy Agency (2019): The Supply of Medical Radioisotopes Mendel, R. R. (2013): "The Molybdenum Cofactor", Journal of Biological Chemistry





Weitere Schlafreise Reihen:


⁠⁠⁠⁠Einschlafen mit Natur⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Schlafreise durch vergessene Welten⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Schlafreise durch das Universum⁠⁠⁠⁠


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⁠⁠⁠⁠Sleep Journey through Lost Worlds⁠⁠⁠⁠


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⁠⁠⁠Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente⁠⁠⁠⁠


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⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Urzeit⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Geschichte⁠⁠⁠


Hinweis: Die Vertonung ist KI unterstützt. Die neuen Folgen von Schlafreise durch das Universum sind komplett ohne produziert.

In dieser Folge tauchen wir ein in die Welt von Niob, einem unscheinbaren grauen Metall, das in einigen der spannendsten Technologien unserer Zeit eine Schlüsselrolle spielt. Mit der Ordnungszahl 41 steht es im Periodensystem als Brücke zwischen Grundlagenforschung und Hochtechnologie.


Themen dieser Folge:


Physikalische und chemische Eigenschaften: Schmelzpunkt 2.477 °C, Dichte 8,57 g/cm³, höchste Sprungtemperatur aller reinen Elementsupraleiter bei 9,25 Kelvin Entdeckungsgeschichte: Von Charles Hatchett 1801 als Columbium beschrieben, 1844 von Heinrich Rose nach der mythologischen Niobe, Tochter des Tantalos, benannt Vorkommen: Etwa 90 % der Weltproduktion stammen aus Brasilien (Pyrochlor-Lagerstätten in Araxá, Minas Gerais) Anwendung in mikrolegierten HSLA-Stählen für Pipelines, Karosserien und Brücken Superlegierungen wie Inconel 718 in Strahltriebwerken Supraleitende Magnete aus Niob-Titan in MRT-Geräten und im Large Hadron Collider am CERN Niob-3-Zinn im Fusionsreaktor ITER SRF-Resonatoren im European XFEL in Hamburg-Schenefeld Bunte Sammlermünzen aus Österreich, Lettland und Luxemburg durch Interferenzeffekte an Oxidschichten Rolle in der Quantencomputer-Forschung bei IBM, Google und Rigetti


Wissenschaftliche Quellen und weiterführende Literatur:


Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. (2012): Chemistry of the Elements, 2. Auflage, Butterworth-Heinemann Holleman, A. F., Wiberg, E. & Wiberg, N. (2007): Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter Nowotny, J. et al. (2018): "Niobium oxide-based materials", Progress in Materials Science Devred, A. et al. (2014): "Status of ITER conductor development and production", IEEE Transactions on Applied Superconductivity European Commission (2023): Study on the Critical Raw Materials for the EU 2023 U.S. Geological Survey (2024): Mineral Commodity Summaries: Niobium Padamsee, H. (2017): "50 years of success for SRF accelerators", Superconductor Science and Technology Rose, H. (1844): "Über die Zusammensetzung der Tantalite", Annalen der Physik und Chemie


Weitere Schlafreise Reihen:


⁠⁠⁠⁠Einschlafen mit Natur⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Schlafreise durch vergessene Welten⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Schlafreise durch das Universum⁠⁠⁠⁠


Englische Reihen:


⁠⁠⁠⁠Sleep Journey through Lost Worlds⁠⁠⁠⁠


Weitere Wissenreise Reihen:


⁠⁠⁠Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Psychologie⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Länder der Erde⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Urzeit⁠⁠⁠⁠


⁠⁠⁠⁠Wissensreise durch die Geschichte⁠⁠⁠


Hinweis: Die Vertonung ist KI unterstützt. Die neuen Folgen von Schlafreise durch das Universum sind komplett ohne produziert.