Die im Altertum bekannten Elemente

Ich habe mir mal wieder einen Chemieblog vorgenommen, und zwar einen grundlegenden. Wie bekannt gibt es ja rund 100 Elemente. Davon kommen 91 auch in der Natur vor. Sie wurden zu unterschiedlichen Zeiten entdeckt. Schaut man sich die Zeiten an, so gibt es zum einen Elemente für die kann man kein Datum oder Entdecker nennen. Dann einige wenige, die im Mittelalter und der Renaissance entdeckt wurden. Richtig viele wurden erst im 19 Jahrhundert entdeckt. Das ebbte dann im 20-sten langsam ab und dann gab es noch eine Welle nach Entdeckung der Kernspaltung, als man in Kernreaktoren neue Elemente erzeugte.

Ich will mal auf die schon im Altertum bekannten Elemente eingehen, also die ohne Datum. Das sind die Elemente Blei, Eisen, Gold, Kohlenstoff, Kupfer, Quecksilber, Schwefel, Silber und Zinn.

Die meisten Elemente haben eine Gemeinsamkeit: Sie kommen als Element in der Natur vor. Bei Gold ist das klar. Das Element ist so edel, das es fast keine Verbindungen eingeht. Das gleiche gilt für Silber, auch wenn der größte Teil des Silbers in Erzen vorkommt. Auch Kupfer ist noch ein edles Metall, das gediegen in der Natur vorkommt. Erstaunlicherweise gilt das auch für den Schwefel, der an sich sehr reaktionsfähig ist. Man findet ihn aber in der unmittelbaren Umgebung von Vulkanen, wo er freigesetzt wird. Daneben auch in Form von Lagerstätten, wo er durch bakterielle Reduktion entstand.

Eisen ist zu unedel als das es in der Erdkruste als Element vorkommt, obwohl es um Größenordnungen häufiger als Kupfer, Silber und Gold ist: die braune Farbe von Lehm oder Ton beruht auf dem Eisengehalt. Es gibt fast keinen Boden ohne Eisen. Es gibt aber Eisen-Nickelmeteoriten, das sind relativ seltene Meteoriten, die zum Großteil aus Eisen bestehen und die hat man schon im Altertum gesammelt. Eisen ist so lang bekannt gewesen, war aber lange Zeit nur Schmuckmetall, aufgrund des seltenen Vorkommens. Erst mit der Reduktion von Eisenerz mit Kohle in der Eisenzeit wurde es ein weitverbreitetes Metall, denn Eisen ist relativ häufig in der Erdkruste, viel häufiger als Kupfer und Zinn die vorher für Metallgegenstände genutzt wurden.

Kohlenstoff kommt in der Natur an und für sich auch nicht elementar vor, wenn man von Diamanten absieht. Doch durch Reduktion von Pflanzenstoffen über Jahrmillionen werden diese zu Kohlenstoff, den man als Kohle schon im Altertum abbaute. Daneben kann man Kohlenstoff leicht erzeugen, wenn man organisches Material unter Luftabschluss verbrennt. Dann wird der Sauerstoff vordringlich mit dem Wasserstoff, mit dem es die größere Elektronegativitätsdifferenz gibt, eine Verbindung eingehen. Übrig bleibt der Kohlenstoff.

Auch Blei tritt elementar vor, aber relativ selten. Es ist auch nicht wie Eisen ein sehr häufiges Element, sondern kommt in etwa so oft wie Zinn vor, aber lange nicht so häufig wie Kupfer. Trotzdem wurde es schon im Altertum breit verwendet. Die Römer machten Abwasserrohre aus Blei, weil das Metall sehr leicht verformbar ist, und brauchten dazu enorme Mengen. Das ist insofern erstaunlich, weil man für die Herstellung von Blei zwei Schritte benötigt: Zuerst muss man die sulfidischen Erze in Bleioxid umwandeln. Dazu erhitzt man die Erze („Rösten“). Dann wie Eisen mit Kohle reduzieren. Ich vermute man hat, nachdem man die Eisenherstellung entdeckt hatte, einfach den Prozess der Reduktion mit Kohlenstoff auf andere Mineralien übertragen. Erstaunlicherweise hat man das bei Zinn wesentlich früher durchgeführt. Wahrscheinlich, weil es technisch einfacher ist – die Temperaturen sind viel niedriger.

Es wundert nicht, das die meisten ersten so entdeckten Elemente Metalle waren – sie waren schlicht und einfach die einzigen nützlichen für die sich eine aufwendige Aufarbeitung von Erz überhaupt lohnte. Selbst heute kommen die meisten von uns mit reinen Elementen nur in Berührung, wenn es Metalle sind. Zugegeben, das sind auch die meisten Elemente.

Was ich vielmehr interessant finde, ist das viele Elemente der Entdeckung lange Zeit entgingen. Ich will nicht von Elementen reden, die man nicht leicht gewinnen kann, für die man forschen muss – der Antrieb für die Metalle war ja das man sie praktisch nutzen konnte. So besteht die Luft aus einigen Elementen. Man muss nur einige davon abtrennen und hat eines in fast reiner Form. Mir fiel beim Durchsehen der Entdeckungstabelle auf, das die Gruppe der Platinmetalle erst sehr spät entdeckt wurden. Die Platinmetalle, das sind die Elemente Platin, Iridium, Osmium, Rhodium, Ruthenium und Palladium. Sei haben viele Eigenschaften, die auch Gold hat (das kein Platinmetall ist sondern zur Kupfergruppe gehört): Sie sind chemisch weitestgehend inert und kommen daher elementar vor. Wie Gold hätte man sie also einfach aufsammeln können. Zumindest Platin als erstes entdecktes Element ist auch in etwa so häufig wie Gold. Palladium und Osmium kommen sogar noch häufiger vor. Ich vermute es liegt einfach an der Farbe. Die Platinmetalle sind von silber bis silbergrauer Farbe. Es fehlt der warme Farbton des Goldes. Die dazu geführt hat, dass man es schon im Altertum gesammelt und zu Schmuck verarbeitet hat. Man hat das auch mit Platin gemacht, wie man inzwischen weiß. Es gibt ägyptische und südamerikanische Schmuckstücke mit Platin. Aber wahrscheinlich haben es die Leute nur für Silber gehalten und das ist viel häufiger und damit weniger wertvoll als Gold. Zeitweise hat man sogar Tonnen von Platin im Meer versenkt, nachdem es üblich wurde, mit dem Metall Gold zu strecken – anders als bei Silber kann man das nämlich nur schwer feststellen. Silber hat eine niedrigere Dichte als Gold. Man kann durch Volumenbestimmung eines Schmuckstücks leicht bestimmen, ob es mit Silber gestreckt wurde, wie schon Archimedes 200 v. Chr. feststellte. Platin hat aber nahezu die gleiche Dichte wie Gold.

Das die Nachfrage den Wert ausmacht sieht man auch an Fördermengen und Preis. Auch wenn alle Platinmetalle nicht billig sind, ist ihr Preis doch niedriger als der Goldpreis und die Fördermenge ebenfalls, obwohl einige bis zu fünfmal seltener als Gold sind. Das man die anderen Platinmetalle nicht früher entdeckt hat wundert mich eher weniger, sie gibt es selten in Form von Nuggets, sondern eher in erzen und sie kommen meist gemeinschaftlich vor, also nicht in Reinform. Gewonnen werden sie heute meist nicht sondern fallen beim Abbau von anderen Erzen, vor allem Silber und Kupfer mit an.

Falls ihr die Platinmetalle nicht kennt. Keine Bange, die werden auch selten eingesetzt. Platin hat noch eine gewisse Bedeutung im Alltag früher war es das Material für Schmuck für Leute, die Understatement betrieben: es sieht aus wie Silber, kostete aber lange fast genauso viel wie Gold (bevor der Goldpreis so in die Höhe schoss) und läuft auch nicht an. Daneben wird es als Katalysator genutzt. In unserem Praktikum wurden Elektrolysen mit Platinelektroden durchgeführt. Übrigens das einzige Laborgerät, das vor und nach dem Abgeben jeweils penibel aufs Milligramm gewogen wurde. Auch die anderen Platinelemente werden oft als Katalysator also um Reaktionen leichter durchführen zu können eingesetzt.

Palladium wird für katalytische Legierungen in der organischen Chemie genutzt. Osmium ist wichtig für die Herstellung von Stereoisomeren, ich glaube für eine Methode, bei der man Osmium einsetzte, gab vor einigen Jahren einen Nobelpreis. Rhodium wurde mal in der Anfangszeit in Autokatalysatoren eingesetzt, ist inzwischen aber glaube ich durch Billigeres ersetzt. Iridium kenne ich nur vom Urmeter und als auffälliges Element in der Kreide-Tertiärgrenze. Und Ruthenium? Ohne Nachschlagen wüsste ich nicht, wozu man es braucht. Ein Kommolitone wusste das damals in einem Kolloquium auch nicht und ist deswegen aus dem Labor geflogen. Ich hatte mehr Glück und wurde nur über „normale“ Nebengruppenelemente wie Chrom und Vanadium befragt.

Das leitet mich zu anderen „übersehenen“ Elementen über. Es gibt ja noch viele andere Metalle. Selbst wenn man die seltenen oder mit den damaligen Mitteln nicht aus ihren Verbindungen isolierbaren ausklammert, (wie Aluminium und Titan) bleiben etliche übrig. Die man wohl übersehen hat – nun ja nicht ganz. Wolframerz, Nickelerz und Cobalterz kannte man schon im Mittelalter. Den Namen erhielten die Elemente nach den Erzen, die von den Berggeistern „Nickel“ oder Kobolden verhext wurden oder die man als „Wolfschaum“ ansah – die Erze sehen aus wie Silbererze, enthalten aber kein Silber. Darüber ärgerten sich die Bergleute nicht wenig.

Die meisten Elemente hat man erst entdeckt, als in der Neuzeit die Menschen Wissenschaft betrieben. Für mich ein echtes Rätsel: Während Kunst, Himmelsbeobachtung oder Mathematik sich bis in die Antike zurückverfolgen lassen, kann man das erforschen, untersuchen erst ab die Zeit ab 1600 festmachen. Die Griechen kamen zwar auch zu einigen Erkenntnissen, aber nur durch nachdenken, was auch zu ziemlich falschen Theorien führte (das Gehirn ist eine Klimaanlage des Körpers, die Sonne dreht sich um die Erde). Die meisten Elemente hat man im 18 und 19 Jahrhundert entdeckt. Zuerst die, die man durch chemische Reduktion aus ihren Elementen befreien konnte, dann als es Elektrizität gab auch die, die man nur durch Elektrolyse oder ähnlichen Verfahren isolieren kann. So wurde Aluminium das dritthäufigste Element der Erdkruste (7,6%) erst 1827 entdeckt. Napoleon der III hatte Geschirr aus Aluminium, das war damals wertvoller als Gold.

Soviel für heute. Ich habe, nachdem mich Elendsoft informiert hat, das er gut mit dem Korrekturlesen des ersten Bandes vorankommt an den zweiten Band gemacht. Eigentlich wollte ich ja ein bisschen Pause machen und wieder was programmieren. Derzeit bin ich bei 1998 (Cassini) und komme mit 1-2 Missionen pro Tag vorwärts, sodass es mit etwas Glück bis Ende Dezember an die Korrekturleser gehen kann, aber sicherlich Mitte Januar. Mir auch recht, wenn ein Projekt mal schnell abgeschlossen ist und sich nicht über Jahre hinzieht.