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Archive for the ‘Überblick’ Category

Chemische Substanz: unbekannt!

Eigentlich ist die Identifikation einer chemischen Substanz mit modernen Analysemethoden kein Problem, eine „Politik der Desinformation“ kann jedoch trotzdem dazuführen, dass nicht bekannt ist, welche Substanz genau verwendet wurde. Hier ein paar Beispiele, bei denen genau dies der Fall iwar/ist:

  • Geiselnahme im Moskauer Dubrowka-Theater: Von offizieller Seite ist die Identität des beim Sturmangriff verwendeten Gases nie enthüllt worden. Wikipedia hat unter einem eigenen Lemma Informationen versammelt, vieles spricht dabei für ein Carfentanyl-Derivat, wohl vermischt mit Halothan. (einestages)
  • Entrattifizierung der Galapagos-Inseln: Die Rattenplage auf den Galapagos-Inseln im Pazifik scheint so massiv geworden zu sein, dass aktuellen Medienberichten (Guardian, National Geographic)  zufolge große Mengen an Gift eingesetzt werden sollen. In keinem Beruicht allerdings wird die Identität direkt bekanntgegeben (MotherNatureNetwork spricht immerhin über die Wirkungsweise des Cocktails und nennt den Hersteller, der auch keine Information preisgibt). Eine Studie von „Invasive Species International“, einem Ableger eines neuseeländischen Forschungsinstituts, deutet auf die Verwendung von Brodifacoum hin, einem sehr starken Rattengift, was auch ein Blogeintrag zu früheren Entrattifizierungsaktionen im Galapagos-Archipel zu bestätigen scheint.
  • Gas-Attacken November 2011 in Kairo: Im Verlauf der Ägyptischen Revolution griffen Sicherheitskräfte teils zu heftigen chemischen Waffen, die wohl neben CS– und CR-Gas weitere toxische Substanzen zu enthalten scheinen. Berichte darüber sind rar: Spiegel-Artikel, zdf heute-journal. Todesfälle auf Grund des Gases werden berichtet.
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Es geht immer um… Isotope?

Endlich etwas mehr Zeit für den Blog! In diesem Eintrag werden nun mehrere unterschiedliche Ideen für Einträge, die bisher nicht verwirklicht werden konnten, zusammengefasst, die Abschnitte 1 bis 3 dienen dabei der Einleitung. Im Abschnitt 4 werden einige Anwendungen vorgestellt, die wieder einmal zeigen, wie spannend Chemie sein kann.

0. Elemente…?

Eine der größten wissenschaftlichen Leistungen ist die Aufstellung des Periodensystems mit den inzwischen insgesamt 118 bekannten Elementen. Chemisch gesehen lässt sich ein Element nicht weiter auftrennen und besitzt die gleiche Zahl an Protonen und Elektronen, die charakteristisch ist. Jedoch können sich zwei Atome des gleichen Elements durchaus unterscheiden.

1. Was sind Isotope?

Nämlich in ihrer Masse, genauer gesagt in der Masse ihres Atomkerns. Zusätzlich zu den Protonen sind im Kern noch Neutronen vorhanden, die den Kern stabilisieren, keine Ladung besitzen, allerdings jeweils einen Spin von +1/2 besitzen, was später noch wichtig wird. Und die Zahl der Neutronen kann für ein und dasselbe Element in gewissen Grenzen schwanken, ohne dass das chemische Verhalten stark beeinflusst wird, weil die chemischen Eigenschaften durch die Elektronenhülle und damit durch die Ordnungszahl bedingt sind.

2. Was bedeutet der Massenunterschied?

Allerdings ist gerade bei den leichten Elementen und vor allem beim Wasserstoff ein Isotopeneffekt sichtbar bedingt durch den geringen Massenunterschied. Beim Wasserstoff geht es soweit, dass die unterschiedlichen Isotope 1H, 2H und 3H eigene Namen und Symbole haben: Protium bzw. H, Deuterium bzw. D und Tritium bzw. T (Zur Namensgebung von Deuterium hier im Blog).

Wird eine chemische Bindung zwischen zwei Atomen A und B mit dem aus der klassischen Physik bekannten Federmodell genähert, so lässt sich leicht der Einfluss der Masse auf die Kraftkonstante der Bindung k diskutieren

k=\omega^{2}\mu

mit der Kreisfrequenz \omega und der reduzierten Masse \mu. Je größer also die Masse, desto stärker die Bindung. Zusätzlich nimmt die Masse Einfluss auf Rotation und Translation.

3. Wie können Isotopen getrennt werden?

Die Methode, die zur Trennung von Isotopen hauptsächlich zum Einsatz kommt, ist die sogenannte Massenspektrometrie. Hierbei wird die Probe ionisiert und durch einen regelbaren Elektromagneten nach dem Verhältnis m/z von Masse m zu Ladung z aufgetrennt.

4. Wo ist das wichtig?

In unterschiedlichsten Bereichen sind Isotopenunterschiede wichtig:

  • Ziemlich bekannt ist die Radiokarbonmethode zur Alterbestimmung von organischem Material, die auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoffsisotops 14C gegenüber dem stabilen 12C basiert, das durch kosmische Strahlung in geringen Mengen gebildet wird.
  • Bei der Echtheitskontrolle von Tequila ist die unterschiedliche Isotopendiskriminierung durch C4– und CAM-Pflanzen von Nutzen, so dass auf die Art des verwendeten, zu Alkohol vergorenen Zuckers geschlossen werden kann. Tequila muss dabei mindestens zu 51 % aus Agavenzucker bestehen.
  • An der Isotopenzusammensetzung des Knochenkollagens kann die Art der Ernährung abgelesen werden, also ob hauptsächlich Fleisch oder Pflanzen als Nahrung dienten So konnte festgestellt werden, dass der bereits in vorgeschichtlicher Zeit ausgestorbene Höhlenbär sich stark pflanzlich ernährt hat (Spektrum der Wissenschaft 07/12, 36 (kostenpflichtig)).
  • Die Herkunft des Ötzi: Durch die Analyse radioaktiver Nuklide von Strontium und Blei und stabiler Nuklide von Sauerstoff und Kohlenstoff in Zähnen und Knochen kann recht genau der Herkunftskreis des Gletschermannes eingeengt werden, der somit beständig südlich seines Fundortes gelebt hat (W. Müller, et al., Science 2003, 203, 862 (kostenpflichtig)). Genutzt wird hierbei die lokal unterschiedliche Isotopenverteilung, die somit einen eindeutigen Schluss auf den Wohnort zulässt.
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