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Meerschaum

Meerschaum

Meerschaum oder auch Sepiolith ist ein eher seltenes Tonmineral aus der Gruppe der Silikate, chemisch gesehen hydratisiertes Magnesiumsilikat (Mg4Si6O15(OH)2•6 H2O). Meerschaum ist weiß, gelblich oder grau gefärbt und besitzt einen matten Glanz. Der Name Sepiolith leitet sich vom griechischen Wort sepion (= Tintenfisch) ab, da das Mineral dem Schulp (Rücken"knochen") desselbigen ähnelt. Dessen Struktur gleicht aber auch der des Meerschaums.

Bildung und Fundorte

Sepiolith bildet sich hydrothermal durch Umwandlung von Serpentinit. Wichtigster Fundort ist die Türkei/Eskişehir (Kleinasien). Es findet sich aber auch in Griechenland, Marokko, Spanien, Tschechien und den USA.

Verwendung als Rohstoff

Eskişehir Sepiolith wird vor allem zur Herstellung von Meerschaumpfeifen abgebaut. Es dient aber auch zur Herstellung von Schmuckstücken wie Armbändern, Halsketten und anderen. Aufgrund seiner porösen Struktur nimmt es zudem Flüssigkeiten sehr gut auf und wird deshalb auch als Katzenstreu verwendet.

Siehe auch

Liste von Mineralen, Quincyit

Literatur


- Edition Dörfler: Mineralien Enzyklopädie, Nebel Verlag, ISBN 3-89555-076-0

Weblinks


- [http://www.wissen-im-netz.info/mineral/lex/klassen/8.htm Mineralienlexikon - Silikate]
- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Sepiolith Mineralienatlas - Sepiolith]
- [http://www.mta.gov.tr/english/dergi/dergi_pdf/61/2.pdf Meerschaumpfeifen - Abbau bei Eskişehir] Kategorie:Mineral

Tonmineral

Als Tonminerale bezeichnet man wasser- und hydroxidhaltige Alumosilikate mit geringen Mengen an Magnesium, Eisen, Natrium, Kalium und Calcium. Sie kommen als feinkörnige Minerale in der Tonfraktion (Korngröße < 2µm) vor. Die meisten Tonminerale gehören zur Gruppe der Schichtsilikate/"Phyllosilikate". Tonminerale entstehen an der Erdoberfläche durch Verwitterung von Silikatmineralen (siehe auch: Modellfall der Silikatverwitterung). Sie bilden sich aber auch während der Diagenese, der Umwandlung eines Locker- in ein Festgestein, wo das Auftreten bestimmter Tonminerale als Anzeiger für den Diagenesefortschritt verwendet werden kann.

Tonminerale im Boden

Tonhaltige Böden zeichnen sich dadurch aus, dass sie leicht Wasser und mineralische wie organische Nährstoffe binden können. Die hohe spezifische Oberfläche der sehr feinkörnigen Minerale und die Polarität der Mineralflächen ermöglicht Stoffadsorption an den Aussenflächen. Einige Tonminerale können Wasser, Kationen und organische Moleküle reversibel in ihre Struktur einlagern. Dieses Verhalten ist besonders bei Smectiten und Montmorillonit-Mineralien zu beobachten, bei denen der Einbau mit einer Quellung des Schichtstapels einhergeht.

Beispiele für Tonminerale


- Kaolinit: Al2[(OH)4|Si2O5]
- Halloysit: Al2[(OH)4|Si2O5]
- n H2O (Wasserverlust ist irreversibel)
- Montmorillonit: (Al,Mg)2[(OH)2|Si4O10](Na,Ca)x
- n H2O durch reversiblen Einbau von Wasser und Mg- und Na-Ionen dehnt sich das Kristallgitter
- Vermiculit: (Mg,Ca)0,31(H2O)n
- Allophan:Al2O3.SiO2.2,5H2O

Verwendung


- Ton wird zu Ziegelsteinen und Dachziegeln gebrannt.
- Ton wird zur Keramik-Fertigung verwendet. Mit Kalkstein und anderen Zusätzen vermischt dient Ton auch zur Zement-Herstellung.
- Ton eignet sich hervorragend zur Herstellung von Tonmodellen in der Industrie, Formenbau und Kunst. Der Bildhauer verwendet Ton sowohl für die Herstellung einer Originalskulptur wie auch für die Herstellung eines Tonmodells für einen späteren Abguss.
- Tonminerale werden wegen ihrer Eigenschaft als Ionentauscher verwendet, z.B. zur Säuberung von Trinkwasser und zum Entfärben von Lösungen.
- Kaolin (Porzellanerde) ist besonders reiner (eisenfreier) Ton, enthält Kaolinit und ist ein wichtiger Grundstoff der Keramikindustrie - es dient zur Porzellanherstellung.
- Kaolinit macht Papieroberflächen glatt und nimmt Tinte auf.
- Blähton (stark porös gebrannter Ton) dient als isolierender Baustoff und für die Hydrokultur.
- Tone dienen als Abdichtung in Deponien
- Tone sind Füll- und Zuschlagstoffe in Farben und pharmazeutischen Produkten
- Tone werden als Katalysatoren eingesetzt

Siehe auch


- Kies
- Lehm
- Mergel
- Sand
- Siderolith
- Silt (Schluff) Kategorie:Geologie Kategorie:Bodenkunde Kategorie:Baustoff ja:粘土 ms:Tanah liat

Wasserstoff

Wasserstoff ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1 und wird durch das Elementsymbol H abgekürzt (für lateinisch hydrogenium „Wassererzeuger“; von altgriechisch υδωρ „Wasser“ und γεννάει „erzeugen“). Im Periodensystem steht es in der 1. Periode und der 1. Gruppe, nimmt also den ersten Platz ein. Wasserstoff ist das leichteste und das häufigste aller chemischen Elemente. Es ist Bestandteil des Wassers und aller organischen Verbindungen; insbesondere kommt es in sämtlichen lebenden Organismen vor.

Eigenschaften

Wasserstoff ist mit nur einem Proton und einem Elektron das leichteste der chemischen Elemente. Unter Normalbedingungen ist Wasserstoff gasförmig und als solches sowohl farb- als auch geruchlos. Man unterscheidet zwischen atomarem Wasserstoff (H) und der dimerisierten Form, dem molekularen Wasserstoff (H2). Unter den Bedingungen, die normalerweise auf der Erde herrschen, kommt Wasserstoff nur in der dimerisierten, molekularen Form vor.

Physikalische Eigenschaften

Molekularer Wasserstoff (H2) ist ein geruchloses und farbloses Gas und etwa 14-mal leichter als Luft. Sein Siedepunkt liegt bei 20,27 Kelvin, der Schmelzpunkt bei 14,02 Kelvin. Das Diffusionsvermögen ist aufgrund der geringen Molekülmasse das höchste aller Gase und führt zu einer Reihe von technischen Problemen beim Umgang mit Wasserstoff. Beispielsweise vermag er durch die Wände von Stahlbehältern zu diffundieren und auf diese Weise langsam auszutreten. Seine Wärmeleitfähigkeit liegt ebenfalls über der anderer Gase. Die ersten Spektrallinien im sichtbaren Bereich, zusammengefasst in der so genannten Balmer-Serie, liegen bei 656 nm, 486 nm, 434 nm und 410 nm. Daneben gibt es weitere Serien von Spektrallinien im Infrarot- und eine im Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums. Eine besondere Bedeutung in der Radioastronomie hat die 21-Zentimeter-Linie in der Hyperfeinstruktur. In einem magnetischen Feld verhält sich H2 sehr schwach diamagnetisch. Das bedeutet, die Dichte der Feldlinien eines extern angelegten Magnetfeldes nimmt in der Probe ab. Die magnetische Suszeptibilität ist bei Normdruck \chi_m = 9,9x10-9 und typischerweise einige Größenordnungen unter der von diamagnetischen Festkörpern. Gegenüber elektrischem Strom ist H2 ein Isolator. In einem elektrischen Feld hat er eine Durchschlagsfestigkeit von mehreren Millionen Volt pro Meter.

Aggregatzustände

Bei Temperaturen unterhalb von 20,27 Kelvin verflüssigt sich das Gas und bildet eine klare, farblose Flüssigkeit. Anders als bei Helium tritt bei einfachem Wasserstoff keine Suprafluidität auf. Prinzipiell kann aber das Isotop Deuterium (2H) suprafluid werden. Senkt man die Temperatur weiter, gefriert Wasserstoff bei 14,02 Kelvin und bildet einen kristallinen Festkörper mit hexagonal dichtester Kugelpackung (hcp), wobei ein Atom von zwölf weiteren umgeben ist. Der Tripelpunkt des Wasserstoffs, bei dem seine drei Aggregatzustände gleichzeitig vorkommen, ist einer der Fixpunkte der Internationalen Temperaturskala. Er liegt bei einer Temperatur von exakt 13,8033 Kelvin. Unter extremen Bedingungen, wie sie innerhalb von Sternen herrschen, wird Wasserstoff metallisch. Dabei wird er elektrisch leitend. Über diesen Aggregatzustand sind nur wenige experimentelle Daten vorhanden, denn die Erzeugung ist im Labor äußerst schwierig und der Zustand sehr kurzlebig. Dennoch gelang 1996 einer Forschungsgruppe am Lawrence Livermore National Laboratory unerwartet der Nachweis der Existenz des metallischen Wasserstoffs. Der Zustand bestand etwa eine Mikrosekunde lang. Man vermutet, dass unter hohem Druck entstandener metallischer Wasserstoff teilweise in dieser Form bestehen bleibt, wenn er wieder in eine Umgebung mit Normalbedingungen zurückgeführt wird. Stellt sich das als wahr heraus, könnte metallischer Wasserstoff in Zukunft ein hochinteressanter Werkstoff mit bemerkenswerten Eigenschaften sein. Sind die Temperaturen und Drücke wie im Weltraum sehr niedrig, liegt in der Regel atomarer Wasserstoff vor. Die atomare Form ist sehr reaktiv und geht unter Normalbedingungen sofort Verbindungen ein (meist zu H2).

Chemische Eigenschaften

Weltraum Wasserstoff im status nascendi, der unmittelbar nach einer Wasserstoff darstellenden Reaktion entsteht, existiert nur für höchstens 0,5 Sekunden. Innerhalb dieser Zeitspanne reagieren in der Regel zwei H-Atome miteinander. Bei diesem Zusammenschluss zu Wasserstoffmolekülen (H2) wird sehr viel Energie pro Mol freigesetzt. Im Umkehrschluss muss diese Energie (man spricht in diesem Fall von Atomisierungsenthalpie) aufgebracht werden, um molekularen Wasserstoff in die Atome zu zerlegen: :\mathrm :Zwei H-Atome reagieren zu einem H2-Molekül und setzen dabei Energie frei. Auch nach diesem Zusammenschluss liegt der Wasserstoff für kurze Zeit in einem elektronisch angeregten Zustand vor und kann so - abweichend vom "normalen" chemischen Verhalten - für verschiedene Reaktionen genutzt werden. So gelingt es zum Beispiel nicht, mit Hilfe von im Kippschen Apparat erzeugten Wasserstoff, in einer angesäuerten, violetten Kaliumpermanganatlösung (KMnO4) oder gelben Kaliumdichromatlösung (K2Cr2O7) Farbwechsel hervorzurufen. Mit direkt in diesen Lösungen, durch Zugabe von Zinkpulver generiertem Wasserstoff in statu nascendi gelingt die reduktive Farbänderung. :\mathrm :Nascierender Wasserstoff vermag unter sauren Bedingungen violette Permanganatlösung zu entfärben. :\mathrm :Unter sauren Bedingungen wird gelbe Dichromatlösung grün durch die reduktive Wirkung des nascierenden Wasserstoffs. Bei Zimmertemperatur ist Wasserstoff vergleichsweise wenig reaktiv und beständig. Gemischt mit Sauerstoff oder Chlor reagiert er jedoch explosionsartig. Bei hohen Temperaturen wird das Gas reaktionsfreudig und geht mit Metallen und Nichtmetallen gleichermaßen Verbindungen ein. Mit Chlor reagiert Wasserstoff exotherm unter Bildung von gasförmigem Chlorwasserstoff, welches in Wasser gelöst Salzsäure ergibt. Beide Gase reagieren dabei mit gleichen Stoffmengenanteilen: :\mathrm :je ein Chlor- und Wasserstoffmolekül reagieren zu zwei Chlorwasserstoffmolekülen Diese Reaktion ist unter dem Namen Chlorknallgasreaktion bekannt, welche sich im Gegensatz zur Knallgasreaktion (Wasserstoff und Sauerstoff) schon durch die Bestrahlung mit Licht zünden lässt.

Wasserstoffbrückenbindung

Eine wichtige Eigenschaft des Wasserstoffs ist die sogenannte Wasserstoffbrückenbindung, eine anziehende elektrostatische Kraft zwischen zwei Molekülen. Ist H an ein stark elektronegatives Atom gebunden, so befindet sich sein Elektron eher in der Nähe des Bindungspartners. Es tritt also eine Ladungsverschiebung auf und das H-Atom wirkt nun positiv geladen. Der Bindungspartner wirkt entsprechend negativ. Kommen sich zwei solche Moleküle nahe genug, tritt eine anziehende elektrische Kraft zwischen dem positiven H-Atom des einen Moleküls und des negativen Teils des anderen auf. Das ist eine Wasserstoffbrücke. Da die Wasserstoffbrückenbindung schwächer ist als die Bindungskraft innerhalb eines Moleküls, verbinden sich die Moleküle nicht dauerhaft. Vielmehr bleibt die Wasserstoffbrücke nur Bruchteile einer Sekunde bestehen. Dann lösen sich die Moleküle voneinander, um erneut eine Wasserstoffbrückenbindung mit einem anderen Molekül einzugehen. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig. Die Wasserstoffbrückenbindung ist für viele Eigenschaften verschiedener Verbindungen verantwortlich, wie etwa DNS oder Wasser. Bei letzterem führen diese Bindungen u.a. zu der Dichteanomalie.

Van-der-Waals-Bindung

Auch bei nichtpolaren Molekülen kann es zu Ladungsverschiebungen kommen, weil manche Atome eine stärkere Affinität zu Elektronen besitzen als andere. Ein solcher Dipol besteht aber nur sehr kurzzeitig. Dennoch wirkt dann zwischen zwei temporär polaren Molekülen eine Anziehung, die sogenannte Van-der-Waals-Bindung. Sie hat eine sehr geringe Reichweite und ist noch schwächer als die Wasserstoffbrückenbindung, tritt dafür aber auch bei nichtpolaren Molekülen auf. Da Wasserstoff mit einer Elektronegativität von 2,1 einen mittleren Wert hat, kann es besonders im Verbund mit Metallen (niedrige Elektronegativität), aber auch im Verbund mit Nichtmetallen (hohe Elektronegativität) zu einer temporären Dipolbildung kommen. Die Van-der-Waals-Bindung tritt also bei Wasserstoffverbindungen relativ häufig auf.

Atom- und kernphysikalische Eigenschaften

Metall Detaillierte quantenmechanische Aspekte finden sich im Artikel Wasserstoffatom. Ein einzelnes Wasserstoffatom besteht aus einem negativ geladenem Elektron, welches über die Coulomb-Wechselwirkung an einen positiv geladenen Kern gebunden ist. Dieser besteht stets aus einem einzelnen Proton und je nach Isotop eventuell noch aus einigen Neutronen. Das Wasserstoffatom 1H wird aufgrund seines einfachen Aufbaus als „Modellatom“ in der physikalischen Beschreibung der Atome herangezogen. So entstand am Wasserstoffatom das Bohrsche Atommodell, mit dessen Hilfe eine vergleichsweise einfache Beschreibung vieler Eigenschaften des Wasserstoffatoms möglich ist. Man stellt sich dazu vor, dass das Elektron den Kern auf einer von verschiedenen konzentrischen Kreisbahnen umläuft, ähnlich wie die Planeten die Sonne umlaufen. Laut Bohr besitzt das Elektron aber weiterhin die Möglichkeit, auf andere Bahnen zu springen, wenn es dabei Strahlung abgibt oder aufnimmt. Mit diesem Modell kann man die Spektrallinien des H-Atoms erklären, deren sichtbare Linien bei Wellenlängen 656 nm, 486 nm, 434 nm und 410 nm liegen (Balmer-Serie). Im ultravioletten Bereich liegt die Lyman-Serie mit Wellenlängen von 122 nm, 103 nm, 97 nm und 95 nm. Wichtige Serien im Infraroten sind die Paschen-Serie (1,9 µm; 1,3 µm; 1,1 µm und 1 µm) und die Brackett-Serie (4,1 µm; 2,6 µm; 2,2 µm und 1,9 µm). In allen Serien sind nur die ersten vier Linien angegeben. Bei anderen Atomen oder Betrachtung von Details versagt das Bohrsche Modell aber. Physikalisch korrekter ist die quantenmechanische Beschreibung. Das H-Atom ist das einzige, für das sich das Eigenwertproblem sowohl der nichtrelativistischen Schrödingergleichung als auch der relativistischen Diracgleichung analytisch, das heißt ohne den Einsatz numerischer Verfahren, lösen lässt. Das ist sonst nur für Ionen möglich, denen lediglich ein Elektron verblieben ist (beispielsweise \mathrm^, \mathrm^, usw.). Andere quantenmechanische Phänomene bewirken weitere Effekte. Die Feinstruktur der Spektrallinien kommt u. a. daher, dass Bahndrehimpuls und Spin des Elektrons miteinander koppeln. Berücksichtigt man darüberhinaus auch den Kernspin, kommt man zur Hyperfeinstruktur. Eine sehr kleine, aber physikalisch besonders interessante Korrektur durch Vakuumfluktuationen, ist die Lambverschiebung. Durch all diese Korrekturen wird bereits das Spektrum des Wasserstoffs zu einem komplexen Phänomen, dessen Verständnis im Rahmen der Quantenmechanik viel theoretisches Wissen erfordert.

Isotope

Es existieren drei natürlich vorkommende Isotope des Wasserstoffs. Es ist das einzige Element, dessen natürlich vorkommende Isotope eigene Namen haben. Daneben gelang es, vier weitere Isotope künstlich zu erzeugen.

Kernspinzustände im H2-Molekül

Unter normalen Bedingungen ist Wasserstoffgas H2 ein Gemisch zweier Molekülarten, die sich durch die "Richtung" ihrer Kernspins unterscheiden. Diese beiden Formen sind als ortho- und para-Wasserstoff bekannt (kurz o- und p-Wasserstoff). Bei o-Wasserstoff haben die Kernspins die gleiche (parallele) Richtung, während sie beim p-Wasserstoff entgegengesetzte (antiparallele) Richtung aufweisen. o-Wasserstoff ist die energiereichere Form. Die beiden Molekülarten hängen über folgende, temperaturabhängige Gleichgewichtsbeziehung miteinander zusammen: :\mathrm :Die beiden Formen können unter Energieaufnahme bzw. -abgabe ineinander übergehen. Am absoluten Nullpunkt findet man ausschließlich p-Wasserstoff. Unter Standardbedingungen liegen 25 % des Wasserstoffs als p-Form und 75 % als o-Form vor. Theoretische Berechnungen ergeben, dass der Anteil der o-Form nicht über diesen Anteil hinaus gesteigert werden kann. o- und p-Wasserstoff weisen leicht unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf. So liegen beispielsweise der Schmelz- und Siedepunkt der p-Form etwa 0,1 K unter denen der o-Form. Kühlt man Wasserstoff auf -259,2 °C ab, dann geht dieser in einen schlammartigen Zustand, genannt Slush, über. Bei der industriellen Herstellung von flüssigem Wasserstoff spielt obiges Gleichgewicht eine wichtige Rolle. Der Wechsel der Kerne in die antiparallele Orientierung (→ p-Wasserstoff) erfolgt beim Abkühlen nur sehr langsam, da die Wechselwirkungen zwischen den Kernen - genauer gesagt beeinflussen sich die Kerne über ihre magnetischen Momente - nur sehr schwach sind. Deswegen versucht man, die Einstellung des Gleichgewichts durch den Einsatz von Katalysatoren zu beschleunigen.

Geschichte

Entdeckungsgeschichte

Katalysator Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish im Jahre 1766, als er mit Quecksilber und Säuren experimentierte. Als er die beiden Substanzen zusammenbrachte, entstanden im Gemisch kleine Gasbläschen. Bei einer näheren Untersuchung konnte er es nicht als eines der bekannten Gase identifizieren. Obwohl er fälschlicherweise annahm, dass der Wasserstoff ein Bestandteil des Quecksilbers sei (anstatt Bestandteil der Säure), konnte er die Eigenschaften des Gases gut beschreiben. Säure Eine genauere Analyse geschah durch Antoine Lavoisier. Der französische Chemiker entdeckte das Gas im Jahr 1787 unabhängig von Cavendish, als er in einem Experiment zeigen wollte, dass bei chemischen Reaktionen keine Masse verloren geht oder erzeugt wird. Er erhitzte Wasser in einer abgeschlossenen Apparatur und ließ den Dampf an anderer Stelle kondensieren. Dabei stellte er fest, dass die Masse des kondensierten Wassers etwas geringer war als die der ursprünglichen Menge. Dafür entstand ein Gas (H2), dessen Masse genau der der "verlorengegangenen" Wassermenge entsprach. Sein eigentliches Experiment war also erfolgreich. Lavoisier untersuchte das entstandene Gas weiter und führte die heute als Knallgasprobe bekannte Untersuchung durch, wobei das Gas verbrannte. Er nannte es daher zunächst "brennbare Luft". Als er in weiteren Experimenten zeigte, dass sich aus dem Gas auch umgekehrt Wasser erzeugen lässt, taufte er es als hydro-gène (hydro = Wasser, griechisch; genes = erzeugend). Das Wort bedeutet demnach: "Wasser-Bildner". Die deutsche Bezeichnung lässt auf die gleiche Begriffsherkunft schließen.

Erforschung

Da Wasserstoff das einfachste Element ist, war und ist es Gegenstand intensiver physikalischer Forschung, was entscheidend zur Entwicklung der Atom- und Quantenphysik beigetragen hat. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren die chemischen Eigenschaften des Wasserstoffs weitgehend bekannt. Allerdings gab es noch keine Begründung für viele dieser Eigenschaften. Niels Bohr konnte mit seinem Atommodell 1913 erstmals das Linienspektrum von Wasserstoff erklären. Bohr bekam dafür den Nobelpreis. Trotz diesem überragenden Erfolg gab das Modell aber noch keine Erklärung für die später beobachtete Aufspaltung der Spektrallinien. Einer der zugehörigen Effekte ist die Aufspaltung aufgrund verschiedener Isotope im Wasserstoff-Gas. Als Harold Clayton Urey (zusammen mit Brickwedde und Murphy) flüssigen Wasserstoff über längere Zeit verdampfen ließ, entdeckte er "schweren Wasserstoff" in dem Rückstand. Als er die Spektrallinien untersuchte, konnte er daraus Deuterium identifizieren. Für seine Entdeckung erhielt er 1934 den Nobelpreis. Tritium wurde im gleichen Jahr von dem Australier Mark Oliphant gefunden. Weitere Effekte wurden von Dirac berücksichtigt. Er entwickelte eine Wellengleichung, die den Spin und die Aussagen der Relativitätstheorie miteinbezieht. 1957 entdeckte Lamb die nach ihm benannte Lambverschiebung: die ständige Erzeugung und Vernichtung virtueller Teilchen (Quantenfluktuation) bewirkt eine geringfügige Verschiebung der Energieniveaus. Gegenwärtig erzeugt man aus Wasserstoff sogenannte exotische Atome, indem Wissenschaftler beispielsweise das Elektron durch ein Myon austauschen (Myonium), oder das Proton durch ein Lambda-Teilchen. Es ist auch gelungen, Antiwasserstoff zu bilden, ein System aus einem Positron und einem Antiproton, also ein komplettes Atom aus Antimaterie. Eine andere Variante ist das Positronium, bei dem anstatt des Protons ein Positron vorhanden ist. Es lässt sich vorstellen, das daraus positronisches Wasser herstellbar ist, bei dem zwei Positronium-Teilchen an ein Sauerstoffatom gebunden sind. Die Forschung in dieser Richtung trägt dazu bei, die Struktur der Materie sowie den Anfang des Universums besser zu verstehen.

Vorkommen

positronisches Wasser Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Weltall. Wasserstoff macht 75 % der gesamten Masse, beziehungsweise 90 % aller Atome im Universum aus.

Außerirdische Vorkommen

Schon kurz nach der Entstehung des Universums waren Protonen und Neutronen in überwältigender Zahl vorhanden. Bei den vorherrschenden hohen Temperaturen vereinigten sich diese zu leichten Atomkernen, wie D und 4He. Die meisten Protonen blieben allerdings unverändert und stellten die zukünftigen 1H-Kerne dar. Nach circa 400.000 Jahren, nachdem sich die Temperatur des Weltalls weit genug abgekühlt hatte, konnten sich Wasserstoff-Atome einfach durch Zusammenschluss der Kerne mit den Elektronen bilden. Zu diesem Zeitpunkt ist das All mit Wasserstoff gefüllt. Mit der weitergehenden Abkühlung des Universums teilte sich die Masse assymetrisch auf und formte Wolken aus Wasserstoffgas. Unter dem Einfluss der Gravitation verdichteten sich diese zunehmend, und unter enormem Druck setzte die Verschmelzung der H-Atome ein. Es entstanden erste Sterne und Sonnen. Dort fusionierten die Wasserstoff-Atomkerne vorrangig zu Helium. Besonders in sehr großen Sternen entstanden aber ebenfalls die schwereren Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, die die Grundbausteine aller bekannten Lebensformen sind. Sterne bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff-Plasma. Die Kernfusion von Wasserstoff 1H über die Zwischenstufen Deuterium 2H und Tritium 3H zu Helium 4He in Sternen bildet deren Energiequelle. In unserem Sonnensystem macht der in der Sonne enthaltene Wasserstoff den überwiegenden Großteil der gesamten Masse aus. Aber auch die schwersten Planeten bestehen zu großen Teilen aus Wasserstoff, was den Massenanteil des Elements im Sonnensystem weiter erhöht. Unter den extremen Bedingungen, die in den großen Gasplaneten Jupiter und Saturn herrschen, kann er in metallischer Form existieren. Wahrscheinlich ist der Anteil an metallischem Wasserstoff in den Himmelskörpern noch größer als bisher angenommen. Dieser Zustand ist wegen der elektrischen Leitfähigkeit besonders für die Ausbildung der planetaren Magnetfelder verantwortlich. Außerhalb unseres Sonnensystems kommt Wasserstoff auch in gigantischen Gaswolken vor. In den sogenannten H-I-Gebieten liegt das Element nichtionisiert und molekular vor. Diese Gebiete emittieren Strahlung von etwa 1420MHz, die 21cm-Linie, die von Übergängen des Gesamtdrehimpulses herrührt. Sie spielt eine wichtige Rolle in der Astronomie und dient dazu, Wasserstoffvorkommen im All zu lokalisieren und zu untersuchen. Ionisierte Gaswolken mit atomarem Wasserstoff nennt man dagegen H-II-Gebiete. In diesen Gebieten findet die Entstehung neuer Sterne statt. Mit ihrer Hilfe lassen sich Rückschlüsse ziehen auf die Zusammensetzung in der Nähe befindlicher Galaxien. Wegen ständiger Ionisation und Rekombination der Atome senden sie mitunter sichtbare Strahlung aus, die oft so stark ist, dass man diese Gaswolken mit bloßem Auge sehen kann.

Irdische Vorkommen

Auf der Erde ist der Massenanteil wesentlich geringer. Außerdem liegt - im Gegensatz zu den Vorkommen im All - der irdische Wasserstoff überwiegend gebunden und nur selten rein vor. Von keinem anderen Element sind so viele Verbindungen bekannt; die häufigste ist Wasser.

Erdkruste

Das Element kommt aber auch in allen Lebewesen, in Erdöl, Erdgas und in vielen Mineralen vor. Andere natürliche Vorkommen sind Kohle und natürliche Gase, beispielsweise Methan (CH4).

Salz- und Süßwasser

Der wahrscheinlich größte Anteil irdischen Wasserstoffs kommt in der Verbindung Wasser vor. In dieser Form bedeckt er zu über zwei Dritteln die Erdoberfläche. Die gesamten Wasservorkommen der Erde belaufen sich auf circa 1.386 Milliarden km3. Davon entfallen 1.338 Milliarden km3 (96,5 %) auf Salzwasser in den Ozeanen. Die verbliebenen 3,5 % liegen als Süßwasser vor. Davon befindet sich widerum der größte Teil im festen Aggregatzustand: in Form von Eis in der Arktis und Antarktis sowie in den Permafrostböden v.a. in Sibirien. Der geringe restliche Anteil ist flüssiges Süßwasser und findet sich meist in Seen und Flüssen, aber auch in unterirdischen Vorkommen, etwa als Grundwasser. In den gesamten Wasservorräten ist eine unvorstellbare Menge Wasserstoff enthalten. Daher gilt H2, das das Brennmaterial bei einer Kernfusion darstellt, als praktisch unbegrenzt vorhandene Energiequelle.

Atmosphäre

In der Erdatmosphäre liegt Wasserstoff nur in Konzentrationen unter 1 ml/m³ vor. Auch hier kommt er überwiegend als Wasserdampf (an Sauerstoff gebunden) vor. Die prozentuale Häufigkeit von ungebundenem, molekularem Wasserstoff beträgt etwa 0,083 %. Der geringe Anteil folgt aus der geringen Molekülmasse. Bei einer mittleren Temperatur der Atmosphäre von 20 °C bewegen sich die H2-Teilchen im Durchschnitt mit fast 7000 km/h. Das ist rund ein Sechstel der Fluchtgeschwindigkeit auf der Erde. Aufgrund der Maxwell-Boltzmann-Verteilung der Geschwindigkeiten der H2-Moleküle gibt es aber dennoch eine beträchtliche Zahl von Molekülen, die die Fluchtgeschwindigkeit trotzdem erreichen. Befinden sich diese in den oberen Schichten der Atmosphäre, können sie aus der Gashülle entweichen. Dabei kühlt das verbliebene Wasserstoffgas ab, wird aber durch Sonneneinstrahlung erneut erwärmt. Weitere H2-Moleküle kommen aus darunterliegenden Schichten nach, und es entweicht wieder ein bestimmter Anteil, bis letztlich nur noch Spuren des Elements in der Atmosphäre vorhanden sind. Bei diesem geringen Anteil stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Entweichen und Neuproduktion (etwa aus dem Meer) ein.

Verwendung

Jedes Jahr werden weltweit mehr als 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff produziert. Das Element hat zahllose Anwendungen in Industrie und Technik. Wichtige Einsatzgebiete sind:
- Energiespeicher: Beim Schweißen, als Raketentreibstoff, in neuerer Zeit immer mehr in Form von Brennstoffzellen. Auch als Kraftstoff für Strahltriebwerke oder Verbrennungsmotoren kann Wasserstoff verwendet werden - dieser Weg wird vor allem von der Firma BMW verfolgt.
- Reduktionsmittel: H2 kann mit Metalloxiden reagieren und ihnen dabei den Sauerstoff entziehen. Es entsteht Wasser und das reduzierte Metall. Das Verfahren wird insbesondere bei metallischen Erzen angewandt, um das reine Metall zu gewinnen, und wird deshalb im Bergbau stark genutzt. Mit einem ähnlichen Verfahren kann man auch Stickoxide zu Stickstoff umwandeln (Haber-Bosch-Synthese).
- Kohlehydrierung: Durch verschiedene chemische Reaktionen wird Kohle mit H2 in flüssige Kohlenwasserstoffen überführt. So lassen sich Benzin, Diesel und Heizöl künstlich herstellen. Momentan hat das Verfahren kaum wirtschaftliche Bedeutung. Das könnte sich aber drastisch ändern, sobald die Ölvorräte der Erde zur Neige gehen.
- Fetthärtung: Gehärtetes Fett wird oft aus Pflanzenöl mittels Hydrierung gewonnen und bildet sogenannte Transfettsäuren. Dabei werden Doppelbindungen in den Fettsäure-Ketten der Fettmoleküle mit Wasserstoff abgesättigt. Die entstandenen Moleküle haben einen höheren Schmelzpunkt, wodurch das Produkt fest wird. Auf diese Weise stellt man Margarine her.
- Kühlmittel: Aufgrund seiner hohen Wärmekapazität benutzt man Wasserstoff in Kraftwerken und industriellen Anlagen als Kühlmittel. Insbesondere setzt man H2 dort ein, wo eine Flüssigkeitskühlung problematisch werden kann. Die Wärmekapazität kommt dort zum tragen, wo das Gas nicht oder nur langsam zirkulieren kann. Weil die Wärmeleitfähigkeit ebenfalls hoch ist, verwendet man strömendes H2 auch zum Abtransport von thermischer Energie in große Reservoire (z. B. Flüsse). In diesen Anwendungen schützt Wasserstoff die Anlagen vor Überhitzung und erhöht die Effizienz.
- Cryogen: Wegen der hohen Wärmekapazität eignet sich flüssiger Wasserstoff als Cryogen, also als Kühlmittel für extrem tiefe Temperaturen. Auch größere Wärmemengen können von flüssigen Wasserstoff gut absorbiert werden, bevor eine merkliche Erhöhung in seiner Temperatur auftritt. So wird die tiefe Temperatur auch bei äußeren Schwankungen aufrechterhalten. Eine wichtige Anwendung findet sich beispielsweise bei der Supraleitung. Supraleitende Magnete erzeugen extrem starke Felder und werden in Teilchenbeschleunigern oder Tomografen eingesetzt.
- Traggas: In Ballons und Luftschiffe fand Wasserstoff eine seiner ersten Verwendungen. Wegen der leichten Entzündlichkeit von H2-Luft-Gemischen führte dies jedoch wiederholt zu Unfällen. Die größte Katastrophe in diesem Zusammenhang ist wohl das Unglück der „Dixmude“ 1923, am bekanntesten wurde sicherlich die „Hindenburg-Katastrophe“ im Jahr 1937. Wasserstoff als Traggas wurde mittlerweile durch Helium ersetzt und erfüllt diesen Zweck nur noch in sehr speziellen Anwendungen. Die beiden natürlichen Isotope haben spezielle Einsatzgebiete. Deuterium verwendet man in Kernkraftwerken als Moderator. In der Verbindung als schweres Wasser bremst Deuterium schnelle Neutronen auf thermische Energien ab, so dass sie für weitere Spaltungen zur Verfügung stehen. Zu schnelle Neutronen können keine Kernspaltung auslösen und gehen dem Reaktor verloren. Daher ist die Verwendung eines Moderators wichtig für die Funktionsfähigkeit eines Kernkraftwerks. Außerdem werden deuterierte Lösungsmittel in der magnetischen Kernresonanzspektroskopie benutzt, da Deuterium einen Kernspin von null besitzt und daher in NMR-Spektren nicht sichtbar ist. In der Chemie und Biologie helfen Deuteriumverbindungen bei der Untersuchung von Isotopeneffekten (Isotopenmarkierung). Das radioaktive Isotop Tritium wird in Kernreaktoren in industriell verwertbaren Mengen hergestellt. In der zivilen Nutzung dient es in Biologie und Medizin als radioaktiver Marker. So lassen sich beispielsweise Tumorzellen aufspüren. In der Physik ist es einerseits selbst Forschungsgegenstand, andererseits untersucht man mit hochbeschleunigten Tritiumkernen schwere Kerne oder stellt künstliche Isotope her. Mit Hilfe der Tritium-Methode lassen sich Wasserproben sehr genau datieren. Mit einer Halbwertszeit von etwa 12 Jahren eignet es sich besonders für die Messung relativ kurzer Zeiträume (bis zu einigen hundert Jahren). Unter anderem lässt sich so das Alter teurer Weine feststellen. Es findet auch Verwendung als langlebige, zuverlässige Lichtquelle (Tritium leuchtet bläulich-grünlich) vor allem in militärischen Anwendungen. Weitere militärische Verwendung findet das Isotop in der Wasserstoffbombe und gewissen Ausführungen von Kernwaffen, deren Wirkung auf Spaltung beruht.

Rolle in der Energieversorgung

Einen besonderen Stellenwert hat Wasserstoff in der Energiewirtschaft. So sind beispielsweise die wichtigen Energieträger Erdöl und Erdgas Wasserstoffverbindungen. Aber auch mit dem Element selbst verbindet man Hoffnung auf eine Wasserstoffwirtschaft. Zwei Technologien sind in dieser Richtung wegweisend: die Brennstoffzelle und die Kernfusion.

Brennstoffzelle

Hauptartikel: Brennstoffzelle Wasserstoff wird an der Anode mit Hilfe eines Katalysators in Kationen (in diesem Fall Protonen) umgewandelt. Dies geschieht unter Abgabe der Elektronen an die Anode. So beginnt ein elektrischer Strom von der Anode zur Kathode zu fließen. An der Kathode wird das Oxidationsmittel, in der Regel Sauerstoff, durch Aufnahme der Elektronen zu Anionen (O2-). Die negativen Sauerstoff-Ionen reagieren mit den zur Kathode gewanderten H+-Ionen zu Wasser. Die auftretenden Reaktionen sind in den folgenden Gleichungen wiedergegeben: Wasser
- Anode: :\mathrm :Oxidation / Elektronenabgabe
- Kathode: :\mathrm :\mathrm :Reduktion / Elektronenaufnahme
- Gesamtreaktion: :\mathrm :Redoxreaktion / Zellreaktion Einige Punkte auf dem Weg zur praktischen Nutzung stellen folgende Ereignisse dar:
- Am 13. April 1994 stellt die Daimler-Benz AG das erste Brennstoffzellen-Fahrzeug NECAR 1 (New Electric Car) der Öffentlichkeit vor. Im Mai 1997 präsentiert die Firma den Stadtomnibus NEBUS mit Brennstoffzellenantrieb.
- 2004 wird das Wasserstoff-Leichtmobil Hysun3000 vom TÜV zugelassen.
- Am 26. Juni 2005 findet der „Eco-Marathon“ in Ladoux statt. Das PAC-II Car braucht nur 8 Liter Wasserstoff, um einmal um den Erdball zu fahren. Entwickelt wurde es von der ETHZ.

Kernfusion

ETHZ Hauptartikel: Kernfusion Schon bald nach den Anfängen der Kernphysik im ersten Viertel des 20. Jahrhunderts, wurde die Aufmerksamkeit der Physiker auf die Energiegewinnung gelenkt. Neben der Kernspaltung wurde auch der Weg einer Verschmelzung der Kerne, die Kernfusion, erforscht. Die ersten gefundenen Reaktionen sind die Proton-Proton-Reaktionen, bei denen Wasserstoffkerne direkt zu Helium verschmelzen. Das konnte die Energiegewinnung in leichten Sternen, wie unserer Sonne, größtenteils erklären. Zwischen 1937 und 1939 entwickelten Hans Bethe und Carl Friedrich von Weizsäcker eine Theorie zur Kernfusion in sehr schweren Sternen, den nach ihnen benannten Bethe-Weizsäcker-Zyklus. Darin spielt Wasserstoff die überwiegende Rolle in der Energiegewinnung. Er wird aber nicht direkt zu Helium verschmolzen, sondern fusioniert in verschiedenen Reaktionen mit Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Am Ende des Zyklus entsteht Helium; die anderen Elemente wirken als Katalysatoren. Während des Kalten Krieges bauten die Großmächte ihre nuklearen Waffenarsenale aus. Der Schritt zu den Fusionswaffen gelang zuerst den USA: basierend auf der Atombombe, die ihre Energie aus der Kernspaltung bezieht, konstruieren amerikanische Forscher unter Edward Teller die Wasserstoffbombe. In ihr wird durch die Kernfusion ein Vielfaches der Energie einer Uranbombe freigesetzt. 1952 testen die Vereinigten Staaten die erste Wasserstoffbombe auf einer kleinen Pazifikinsel. Es war die erste vom Menschen erzeugte Kernfusion. In der Bombe lief unter anderem folgende Kernreaktion ab: :\mathrm :Die Verschmelzung von Tritium und Deuterium erzeugt Helium, ein Neutron und Energie. Damit diese Reaktion aufrechterhalten werden kann, ist dem Fusionsmaterial das Lithiumisotop 6Li beigemengt. Die in der Primärreaktion freiwerdenden Neutronen regen die Umwandlung von Lithium in Tritium an: :\mathrm :Der Neutronenbeschuss von Lithium erzeugt Helium und den Fusionsbrennstoff Tritium. Neben der militärischen forschten die Physiker auch an einer friedlichen Nutzung der Kernverschmelzung. Früh entwickelten sie verschiedene Vorschläge zur Energiegewinnung durch Fusion. Die gewaltigen Temperaturen, die zu einer Kernfusion nötig sind, bereiten bei einer kontrollierten Reaktion aber nach wie vor Schwierigkeiten. Vor einigen Jahrzehnten wurden die ersten Forschungsreaktoren errichtet, die Wasserstoff zu Helium verschmelzen sollen. Mittlerweile existieren einige dieser Vorrichtungen; beispielsweise JET und ITER (im Bau) in Europa und ein deutscher Tokamak-Reaktor in Garching. Bis diese Technologie aber industriell ausgereift ist, vergeht wohl noch viel Zeit.

Gewinnung

Hauptartikel: Wasserstoffherstellung

Molekularer Wasserstoff

Einfache chemische Prozesse zur Produktion von H2 sind die Reaktion verdünnter Säuren mit unedlen Metallen (z. B. Zink) oder die Zersetzung des Wassers durch Alkalimetalle. In der Praxis lassen sich damit aber nur geringe Mengen des Gases herstellen. Eine Methode zur industriellen Gewinnung von molekularem Wasserstoff ist die Dampfreformierung. Unter hoher Temperatur und hohem Druck werden Kohlenwasserstoffe, wie fossile Energieträger und Biomasse, mit Wasser zur Reaktion gebracht. Beide Verbindungen setzen Wasserstoff frei. Allerdings entsteht bei diesem Prozess das giftige Kohlenmonoxid (CO), das in einer zweiten Reaktion mit dem überschüssigen Wasser erneut H2 erzeugt. Die zweite gängige Methode in der Industrie ist die partielle Oxidation. Hierbei reagiert meistens Erdgas mit Sauerstoff unter Bildung von H2 und Kohlenmonoxid. In diesem Verfahren wird Kohlenmonoxid aber nicht unschädlich gemacht und bleibt deshalb als giftiges Nebenprodukt zurück. Eine alte und effiziente Möglichkeit zur Wasserstoffgewinnung ist die Elektrolyse von Wasser. Dabei wird Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt. :\mathrm :Wasser wird durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Meist wird dem Wasser ein wenig Säure zur Katalyse der Reaktion zugesetzt. An der Kathode entsteht Wasserstoffgas, an der Anode Sauerstoffgas, im Verhältnis 2:1. Diese Reaktion lässt sich mit Solarstrom recht ökonomisch durchführen. Eine sehr moderne Methode ist das Kværner-Verfahren. Dabei zerlegt ein Plasmabrenner Kohlenwasserstoffe zu Kohlenstoff und Wasserstoff und erreicht dabei enorm hohe Wirkungsgrade. Ein anderes modernes Verfahren bedient sich der Grünalgen. Hier kommen biologische Prozesse zum Einsatz. Die benötigte Energie entnehmen die Algen einfach dem Sonnenlicht. Das Verfahren ist also sehr ökonomisch und ökologisch zugleich.

Atomarer Wasserstoff

Der atomare Wasserstoff kann durch Energiezufuhr aus dem molekularen Element erzeugt werden. Methodisch wird dieses bewerkstelligt durch die Erhitzung auf mehrere tausend Grad, elektrische Entladung bei hoher Stromdichte und niedrigem Druck, Bestrahlung mit Ultraviolettlicht, Beschuss mit Elektronen bei 10 bis 20 Elektronenvolt sowie Mikrowellenstrahlung. :\mathrm :Durch Energiezufuhr zerfällt molekularer Wasserstoff in die atomare Form. Zur Darstellung von größeren Mengen atomaren Wasserstoffs sind das Woodsche Darstellungsverfahren (Robert Williams Wood, 1898) und dasjenige von Irving Langmuir besonders geeignet.

Sicherheitshinweise

Wasserstoff ist ein hochentzündliches Gas. Gemäß EU-Vorschrift wird er mit dem Kürzel F+ als Gefahrstoff gekennzeichnet. Nach DIN EN 1089-3 werden H2-Druckgasflaschen mit roter Flaschenschulter und rotem Flaschenkörper versehen. In geringen Mengen ist Wasserstoff für Menschen ungiftig. In hohen Konzentrationen können allerdings Bewegungsstörungen auftreten. Weitere Exposition kann zur Bewusstlosigkeit und schließlich zum Erstickungstod führen. In einem solchen Falle ist die betroffene Person (unter Selbstschutz) an die frische Luft zu bringen und ein Arzt hinzuzuziehen. Bei einem Atemstillstand muss die Person künstlich beatmet werden. Beim Mischen mit Luft zu vier bis 76 Volumenprozent (Vol.-%) Wasserstoff entsteht Knallgas, das bereits durch einen wenig energiereichen Funken zur Explosion gebracht werden kann. In einem ausgewogenen Mischungsverhältnis von O2 und H2 kann eine Knallgasexplosion verheerende Wirkung haben. In jedem Fall ist darauf zu achten, keine leicht entzündlichen Materialien oder offene Flammen in der Nähe zu lagern. H2 reagiert auch heftig mit Chlor (Chlorknallgas) und Fluor. Wird molekularer Wasserstoff in einfachen Metalltanks gelagert, so kommt es wegen der geringen Molekülgröße zu Diffusion, das heißt Gas tritt langsam durch die Gefäßwände aus. Dies ist bei der Speicherung problematisch, insbesondere für Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge, wenn diese lange an einem abgeschlossenen Platz (Garage, Tiefgarage) stehen. (Siehe dazu den nächsten Abschnitt: Speicherung.) Zudem rechnet man beim Betanken mit relativ hohen Verlusten von einigen Prozent der Gesamtmenge. Flüssiger Wasserstoff in Metalltanks neigt bei Beschädigungen oder Lecks zur Selbstentzündung. Der Austausch von Wasserstoff-Isotopen in chemischen Verbindungen kann die Toxizität der entsprechenden Verbindung beeinflussen. So ist Schweres Wasser (D2O) - das Isotop 1H wurde gegen 2H (Deuterium) ausgetauscht - im Vergleich zu Wasser giftig für viele Lebewesen. Die für Menschen gefährliche Menge ist aber recht groß und im Regelfall kaum zu erreichen.

Speicherung

Hauptartikel: Wasserstoffspeicherung Ehemalige Bedenken, Wasserstoff eigne sich nicht als Kraftstoff für Fahrzeuge, weil die Speicherung noch nicht zufriedenstellend geklärt sei, sind längst ausgeräumt. In den letzten Jahren hat sich speziell in diesem Bereich sehr viel getan. Es gibt mittlerweile neue Techniken zum Aufbau von Wasserstoff-Tanks. Darüber hinaus sind Materialien verfügbar, die auch stärksten Belastungen standhalten. Im Laufe der Entwicklung von Speichermedien für Wasserstoff gab es eine Vielzahl von Methoden, denen zum Teil hervorragende Aussichten zugesprochen wurden. Zur Zeit gibt es jedoch nur drei wirklich aussichtsreiche Speichermethoden:
- die Speicherung von gasförmigem Wasserstoff in Druckbehältern,
- die Speicherung von flüssigem Wasserstoff in vakuumisolierten Behältern,
- die Einlagerung von Wasserstoff in Metallhydriden oder in Kohlenstoff-Nanoröhren; in letzteren aber wohl nicht mehr [http://zeus.zeit.de/text/2004/20/T-Nanor_9ahrchen] Die ersten beiden Methoden erlauben eine einfache Wiedergewinnung, jedoch sind sie problematisch im Hinblick auf die Sicherheitskriterien. Bei einem Unfall mit H2-betriebenen Fahrzeugen können die Behälter leicht beschädigt werden und eventuell explodieren. Austretender Wasserstoff ist hochentzündlich und fördert die Brand- oder Explosionsgefahr. Die Druckbehälter müssen also ausreichend gegen Beschädigungen gesichert werden, was zusätzlichen Materialaufwand und größeres Gewicht bedeutet. Die Speicherung in Hydriden und Nanoröhren ist dagegen sehr sicher. Die Tanks sind allerdings sehr schwer, in einem 200-kg-Tank können nur etwa 2 kg Wasserstoff gespeichert werden, was energetisch etwa 8 Litern Benzin entspricht. Auch ist die Rückgewinnung gasförmigen Wasserstoffs komplizierter, v. a. in größeren Mengen zur gleichen Zeit. Die dazu verwendete Technik erfordert hohes technisches und physikalisches Verständnis und hochwertige Bauteile. Diese Form der Speicherung kann daher sehr teuer werden. Viele ehemalige Probleme der Wasserstoffspeicherung wurden in den vergangenen Jahren gelöst. Die Brennstoffzelle ist mittlerweile die aussichtsreichste Technologie für zukünftige Energiegewinnung aus Wasserstoff. Es ist zu erwarten, dass die verbleibenden Schwierigkeiten in naher Zukunft überwunden werden.

Nachweis

Molekularen Wasserstoff kann man durch die Knallgasprobe nachweisen. Dabei wird eine kleine, beispielsweise während einer Reaktion aufgefangene Menge eines Gases, in einem Reagenzglas entzündet. Wenn danach ein dumpfer Knall, ein Pfeifen oder ein Bellen zu hören ist, so ist der Nachweis positiv (das heißt, es war Wasserstoff in dem Reagenzglas). Der Knall kommt durch die Reaktion von Wasserstoffgas mit dem Luftsauerstoff zustande: :\mathrm (exotherme Reaktion) :Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff zu Wasser Mit der gleichen Reaktion verbrennt Wasserstoff mit einer blauen Flamme, wenn man ihn gleich nach dem Austreten laufend entzündet (Pfeifgas). Die Knallgasprobe ist die „klassische“ Methode zum Nachweis und ist besonders in Schulversuchen beliebt. Sehr viel genauer lässt sich das Element mit Hilfe der Kernspinresonanzspektroskopie (kurz NMR; nuclear magnetic resonance) nachweisen, die daher bevorzugt im Laborbetrieb angewandt wird. Dabei macht man sich quantenmechanische Gegebenheiten zu Nutze: Der Kernspin eines Wasserstoffatoms kann sich in einem angelegten äußeren Magnetfeld unterschiedlich ausrichten. Dadurch liegt der Atomkern in einem von zwei möglichen Energiezuständen vor, deren Differenz um so größer ist, je stärker das äußere Magnetfeld ist. Diese Differenz ist charakteristisch für jedes Element und kann durch Strahlungsanregung gemessen werden.

Verbindungen

Wasserstoff geht mit den meisten chemischen Elementen Verbindungen mit der allgemeinen Summenformel EHn (n = 1, 2, 3, 4) ein. Einige wenige dieser Elementwasserstoffe sind nur in Form so genannter Addukte wie Lm · EHn (L steht für einen Liganden, wie zum Beispiel PR3 (Phosphor-organische Verbindungen) oder CO (Kohlenmonoxid)) bekannt. Wasserstoff kann in Verbindungen sowohl positive als auch negative Ladungsanteile tragen. Das ist abhängig davon, ob der Bindungspartner eine höhere oder eine niedrigere Elektronegativität als Wasserstoff (2,2) besitzt. Eine Grenze zwischen den beiden Verbindungstypen lässt sich nicht scharf im Periodensystem ziehen, da zum Beispiel das Säure-Base-Verhalten mit berücksichtigt werden muss. Eine mehr oder weniger willkürliche Betrachtung besagt, dass Wasserstoffverbindungen der Elemente Bor, Silizium, Germanium, Zinn und Blei sowie alle links davon negativ polarisierten Wasserstoff beinhalten, Verbindungen mit Kohlenstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut und allen Elementen rechts davon positiv polarisierten. Entsprechend lässt sich bei Monosilan (SiH4) die Oxidationszahl für Silizium auf +4 (Wasserstoff dementsprechend -1), in Methan (CH4) für Kohlenstoff auf -4 (Wasserstoff +1) festlegen. Zur Darstellung von Wasserstoffverbindungen EHn werden hauptsächlich drei verschiedene Verfahren genutzt:
- Die Umsetzung des entsprechenden Elements E mit Wasserstoff (H2; Hydrogenolyse) :\mathrm :Ein Element reagiert mit Wasserstoff bei Energiezufuhr zum entsprechenden Elementwasserstoff.
- Die Reaktion von Metallverbindungen des Typs MnE mit Wasserstoffsäuren (H+; Protolyse) :\mathrm :Eine Metallverbindung des Elements E reagiert mit einer Säure HA zum Elementwasserstoff und einem Metallsalz.
- Die Umsetzung von Halogenverbindungen (EHaln) mit Hydriden (H-; Hydridolyse) :\mathrm :Hydridionen setzen aus einer Halogenverbindung des Elements E den entsprechenden Elementwasserstoff frei.

Salzartige Verbindungen

In Verbindung mit Metallen kann Wasserstoff jeweils ein Elektron aufnehmen, so dass negativ geladene Wasserstoffionen (Hydridionen, H-) entstehen, die mit Metallkationen Salze bilden. Diese Verbindungen werden Hydride genannt. Salzartige Elementwasserstoffe sind von den Alkali- und, mit Ausnahme von Beryllium, den Erdalkalimetallen bekannt. Außerdem zählt man die Dihydride des Europiums und Ytterbiums (EuH2 und YbH2) dazu. Metallhydride reagieren sehr heftig mit Wasser unter Freisetzung von molekularem Wasserstoff (H2) und können sich an der Luft selbst entzünden. In der Mehrzahl sind sie aber nicht explosiv. Minerale, die Wasserstoff enthalten, sind Hydrate oder Hydroxide.

Metallartige Verbindungen

In metallartigen Wasserstoffverbindungen - mit wenigen Ausnahmen sind das die Übergangsmetallhydride - ist atomarer Wasserstoff in der entsprechenden Metallstruktur eingelagert. Man spricht in diesem Fall auch von Wasserstoff-Einlagerungsverbindungen, obwohl sich bei der Aufnahme des Wasserstoffs die Struktur des Metalls ändert (was nach der Definition für Einlagerungsverbindungen eigentlich nicht zulässig ist). Das Element besetzt die oktaedrischen und tetraedrischen Lücken in den kubisch- bzw. hexagonal-dichtesten Metallatompackungen. Die Löslichkeit von Wasserstoff steigt mit zunehmender Temperatur. Man findet jedoch selbst bei Temperaturen über 500 Grad Celsius höchstens 10 Atomprozente Wasserstoff im betreffenden Metall. Am meisten Wasserstoff können die Elemente Vanadium, Niob und Tantal aufnehmen. Bei Raumtemperatur sind folgende chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Mg und der Ordnungszahl 12. Als acht-häufigstes Element ist es zu etwa zwei Prozent am Aufbau der Erdkruste beteiligt.

Geschichte

Die Herkunft der Elementbezeichnung wird in der Literatur unterschiedlich dargestellt: # von altgriech. μαγνητις λυθος in der Bedeutung Magnetstein # von Magnesia (Griechenland), einem Gebiet im östlichen Griechenland # von Magnesia, einer Stadt in Kleinasien, auf dem Gebiet der heutigen Türkei.
1755 erkannte Joseph Black in England Magnesium als ein Element. 1808 isolierte Sir Humphry Davy reines Metall durch Elektrolyse einer Mischung aus Magnesia und Quecksilberoxid. AA Bussy stellte es 1831 in massiver Form dar.

Vorkommen

Magnesium kommt nicht in elementarer Form vor, als Verbindungen überwiegen Carbonate, Silicate, Chloride und Sulfate. Es ist ein sehr häufig vorkommendes Element, so bestehen ganze Gebirgszüge, wie die Dolomiten, aus einem magnesiumhaltigen Mineral, dem Dolomit. In Wässern ist es ebenfalls meistens vorhanden und verursacht zusammen mit dem Calcium die Härte des Wassers. Im Meerwasser ist es mit mehr als 1 kg/m³ enthalten.

Mineralien


- Dolomit CaMg(CO3)2
- Magnesit (Bitterspat) MgCO3
- Enstatit MgSiO3
- Olivin (Mg, Fe)2 [SiO4]
- Serpentin Mg3[Si2O5] (OH)4
- Talk Mg3[Si4O10] (OH)2
- Meerschaum Mg4[Si6O15] (OH)2
- Kieserit MgSO4
- H2O
- Schönit K2Mg(SO4)2
- 6 H2O
- Carnallit KMgCl3
- 6 H2O
- Spinell MgAl2O4

Eigenschaften

Das feste, silbrig-glänzende Leichtmetall Magnesium, das circa ein Drittel leichter als Aluminium ist, überzieht sich an Luft mit einer schützenden Oxidhaut, in Wasser mit einer schwerlöslichen Magnesiumhydroxidschicht, welche bei höheren Temperaturen aber unbeständig ist. Schwache Säuren und Ammoniumsalze greifen die Hydroxidschicht ebenfalls an. Gegen Fluorwasserstoffsäure und Alkalien ist es im Gegensatz zum Aluminium relativ beständig. Frisch hergestelltes Magnesiumpulver erwärmt sich an der Luft bis zur Selbstentzündung. Dünnes Band oder Folien lassen sich leicht entzünden. Es verbrennt mit einer grellweißen Flamme zu Magnesiumoxid MgO und Magnesiumnitrid Mg3N2. Auch in vielen Oxiden wie Kohlenmonoxid, Stickoxid und Schwefeldioxid verbrennt Magnesium. Reinmagnesium ist schlecht gießbar und hat eine geringe Festigkeit und Härte.

Verwendung

Metallisches Magnesium

Schwefeldioxid Reines Magnesium hat technisch wenig Bedeutung. Magnesiumband und -draht wird in (Foto-)Blitzbirnen, beziehungsweise früher als Blitzlichtpulver verwendet, Magnesiumpulver in Brandsätzen, -bomben und Leuchtmunition, aber auch als Zusatz in Feuersteinen für Feuerzeuge. In der Metallurgie dient es als vielseitiges Reduktionsmittel :
- Kroll-Prozess zur Herstellung von Titan
- Reduktionsmittel zur Herstellung von Uran, Kupfer, Nickel, Chrom und Zirconium
- Magnesiumgranulat zur Entschwefelung von Eisen und Stahl
- Zuschlagstoff für Kugelgrafitguss In der organischen Chemie wird es zur Herstellung von Grignard-Verbindungen genutzt. Grignard-Verbindung Weil sich Magnesium sehr leicht entzündet wird es auch als sehr robustes Feuerzeug verwendet. Diese, als Fire Starter Kits vertriebenen, Magnesiumblöcke haben auf einer Seite einen langen Stab dessen Abrieb, wie der Feuerstein beim Feuerzeug, sich mit dem Luftsauerstoff entzündet. Die Prozedur ähnelt stark der in der Steinzeit üblichen Methode, durch Feuerstein und Zunder Feuer zu machen, wobei das Magnesium die Rolle des Zunders übernimmt. Zuerst werden, mit einem Messer, vom Metallblock möglichst lange und dünne Spähne abgeschabt und auf dem eigentlichen Brennmaterial plaziert. Anschließend werden, durch schaben an der Rückseite Funken möglichst nahe an den Magnesiumspänen erzeugt, die sich daraufhin entzünden. Der gleiche Effekt lässt sich auch mit Anspitzern erzielen, da sie häufig aus einer Magnesium Legierung gefertigt werden, jedoch müssen die, zur Zündung notwendigen Funken, anderweitig erzeugt werden.

Magnesiumlegierungen

Werkstofftechnisch sind Mg-Al-, Mg-Mn-, Mg-Si-, Mg-Zn- und vor allem Mg-Al-Zn-Legierungen von Bedeutung. Wichtigste Anwendung ist aber wohl die Härtung von Aluminiumlegierungen durch einen Mg-Zusatz bis zu fünf Prozent. Zusätzlich verbessert sich die Schweißbarkeit. Sie finden Anwendung als Verpackungsmaterial, zum Beispiel in Getränkedosen. In den letzten Jahrzehnten hat man wegen der möglichen Gewichtseinsparung versucht, Aluminium durch Magnesium zu ersetzen. Bei gleicher Belastbarkeit sind Bauteile aus Magnesiumlegierungen leichter als solche aus Kunststoff. Das machte Magnesium schon früh für mobile Anwendungen interessant. 1909 stellte man Anwendungen auf einer Luftschiffausstellung vor. In Kraftfahrzeugen nutzte man Magnesiumlegierungen zur Herstellung von Gehäuseteilen sowie zur Herstellung von Felgen für Großfahrzeuge. Ab den 1930ern verwendete man sie massiv im deutschen Flugzeugbau. Die möglichen Gewichtseinsparungen, gerade im Flugmotorenbau, führten zu einem schnellen Ausbau der Magnesiumgewinnung in den USA Anfang der 1940er. Heute werden auch Fahrgestelle und Rumpfteile von Flugzeugen und Fahrradteile aus Magnesiumlegierungen hergestellt. Die Kurbelgehäuse der Motoren des VW-Käfers bestanden aus Mg-Si-Legierungen. Heute werden im Maschinenbau überwiegend Mg-Al-Zn-Legierungen verwendet. Durch Druckgiessen lassen sich viele Bauteile endabmessungsnah und ohne kostenintensive Nachbearbeitung herstellen:
- Felgen
- Profile
- Gehäuse
- Motorhauben
- Motordeckel
- Handbremshebel Teile des 3-Liter-Lupos und zunehmend Teile anderer Automarken werden aus Magnesiumlegierungen gefertigt. Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch hohe Dämpfung aus. Dies führt bei Schwingungsbelastung zu einer Verringerung der Vibration und Geräuschemission. Auch aus diesem Grund sind Magnesiumlegierungen interessante Werkstoffe.

Magnesiumverbindungen


- Totgebranntes Magnesiumoxid zur Auskleidung von Hochtemperaturanlagen wie Schmelzöfen, Gießpfannen und so weiter
- Magnesia (Magnesiumcarbonat) zur Verbesserung des Griffs durch Aufsaugen des Schweißes im Bereich des Turnens, Gewichthebens und der Leichtathletik
Medizinische Anwendungen
- Magnesiumhydroxid zur Bindung von überschüssiger Magensäure.

Physiologie

Magnesium ist als Mineralstoff für Mensch, Tier und Pflanze unentbehrlich. Im Blattgrün der Pflanzen (Chlorophyll) ist es etwa zu zwei Prozent enthalten. Pflanzen verwelken bei Magnesiummangel. Der Mensch benötigt Magnesium für das Zusammenspiel von Muskel und Nerv sowie für die Muskelkkontraktion. Magnesiummangel löst beim Menschen Herzrhythmusstörungen und Muskelkrämpfe aus. Im Bereich von Psyche und Stoffwechsel wird vermutet, dass auch Depression durch einen Magnesiummangel verstärkt wird. Auch kann es durch Mangel zum Herzinfarkt kommen. Der Körper enthält 20 g Magnesium. Die erforderliche Tagesdosis von ca. 300 mg wird in der Regel durch eine ausgewogene Ernährung mit Vollkornbrot, Nüssen, Gemüse (Blattspinat, Kohlrabi) erreicht. Erhöhter Bedarf kann über Nahrungsergänzungsmittel gedeckt werden. Gefahr von Magnesiummangel besteht beispielsweise
- bei kohlehydratarmer Ernährung oder Diäten,
- in der Schwangerschaft und Stillzeit,
- in der Wachstumsphase bei Jugendlichen,
- bei Alkoholmissbrauch,
- bei Stress,
- bei Sportlern,
- bei Abführmittelmissbrauch, Erbrechen, oder bei langanhaltendem Durchfall. Bei Magnesiumpräparaten als Tabletten, Kau- oder Lutschtabletten, Granulat oder Injektionslösungen ist die Dosierung wichtig. Verschiedene Studien (z. B. J. Clin. Invest. 88 (1991) 396-402) kommen zu dem Ergebnis, dass bei einer Einnahme von 120 mg ca. 35% resorbiert werden, jedoch bei Einnahme einer kompletten Tagesdosis von 360 mg nur noch ca. 18%.

Herstellung

Die Herstellung von Magnesium erfolgt vorwiegend über zwei Wege:
- Schmelzelektrolyse von geschmolzenem Magnesiumchlorid in DOW-Zellen.
Sie bestehen aus großen eisernen Trögen, die von unten beheizt werden. Als Anoden dienen von oben eingelassene Graphitstäbe, die an den Spitzen von einer ringförmigen Kathode umgeben sind. Das metallische Magnesium sammelt sich auf der Salzschmelze und wird abgeschöpft. Das entstehende Chlorgas sammelt sich im oberen Teil der Zelle und wird wieder verwendet zur Herstellung von Magnesiumchlorid aus Magnesiumoxid. Zur Schmelzpunkterniedrigung des Magnesiumchlorids wird der Salzschmelze noch Calcium- und Natriumchlorid zugesetzt.
- Thermische Reduktion von Magnesiumoxid (Pidgeon Prozess)
In einem Behälter aus Chrom-Nickel-Stahl wird gebrannter Dolomit, Schwerspat und ein Reduktionsmittel wie Ferrosilicium, Koks oder Calciumcarbid eingefüllt. Anschließend wird evakuiert (Abpumpen des Gases) und auf 1160 °C erhitzt. Das dampfförmige Magnesium kondensiert am wassergekühlten Kopfstutzen außerhalb des Ofens. Das chargenweise gewonnene Magnesium wird durch Vakuumdestillation weiter gereinigt. Der Pidgeon Prozess sowie einige andere Herstellverfahren spielen eine untergeordnete Rolle.

Verbindungen


- Magnesiumcarbonat MgCO3
- Magnesiumchlorid MgCl2
- Magnesiumdiborid MgB2, ein Supraleiter
- Magnesiumfluorid MgF2
- Magnesiumhydrid MgH2
- Magnesiumhydroxid (Brucit) Mg(OH)2
- Magnesiumoxid MgO
- Magnesiumsulfat MgSO4
- Spinell MgAl2O4

Vorsichtsmaßnahmen

Magnesiumschmelzen und Magnesiumpulver sind leicht brennbar. Mit Luft und Wasser reagieren sie sehr heftig.
Magnesiumbrände dürfen nicht mit Wasser gelöscht werden. Im Allgemeinen wird trockener Sand, trockene Gusseisenspäne oder Feuerlöschmittel der Klasse D empfohlen.
Magnesium reagiert zudem mit Wasser und reduziert dieses zu Wasserstoff und Sauerstoff. Das gleißend helle Licht von brennendem Magnesium kann die Augen schädigen, deswegen sollte niemals direkt in die Flamme gesehen werden.

Weblinks


- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Mg/index.html WebElements.com - Magnesium]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Mg.html EnvironmentalChemistry.com - Magnesium]
- [http://www.pniok.de/mg.htm Abbildung in der Elementansammlung von Heinrich Pniok auf www.Pniok.de] Kategorie:Erdalkalimetall Kategorie:Periode-3-Element Kategorie:Nahrungsergänzung ja:マグネシウム ko:마그네슘 th:แมกนีเซียม

Schulp

In der Zoologie wird die reduzierte Schale der Kopffüßer als Phragmokon bezeichnet. Die ursprünglichen Kopffüßer waren beschalte Organismen (Nautiloiden und Ammoniten) mit einer gekammerten äußeren Schale, wie sie der rezente Nautilus besitzt. Diese Schale ist im Laufe der Evolution erst in den Körper eingelagert worden (Phragmokon der Coleoida) und in späteren Schritten mehr und mehr reduziert worden. So besaßen die Belemniten noch eine große gekammerte innere Schale, die als Auftriebsorgan genutzt werden konnte und am hinteren Ende mit einem so genannten Rostrum (die Fossilien werden als Donnerkeil bezeichnet) beschwert wurde. Diese gekammerte Schale existiert bei den Zehnarmigen Tintenfischen auch heute noch, allerdings in reduzierter Form. Während das Posthörnchen (Spirula spirula) noch ein deutlich gekammertes Phragmokon besitzen, ist der Schulp der Tintenfische (Sepiida) schon deutlich verkleinert, eine Kammerung ist jedoch unter dem Mikroskop noch zu erkennen. Der Schulp kann durch Gaseinlagerung noch immer für den Auftrieb genutzt werden. Der Schulp wird als Schnabelwetzstein für Käfigvögel genutzt. Die Kalmare besitzen von der ursprünglichen Schale nur noch einen als Gladius bezeichneten flachen Chitinstab, der als Skelettelement dient. Die Bezeichnung erfolgt aufgrund der Form der Struktur in Anlehnung an das römische Kurzschwert Gladius. Bei den Achtarmigen Tintenfischen und dem Vampirtintenfisch ist die Schale vollständig verschwunden. Kategorie:Weichtiere

Eskişehir

Eskişehir (türkisch für "alte Stadt", Dorylaion in der Antike) ist mit 706.000 Einwohnern eine der größten Städte im türkischen Anatolien und die Hauptstadt der gleichnamigen Provinz. Heute findet man in der Stadt die Anadolu Universität ([http://www.anadolu.edu.tr]) und einen Luftwaffenstützpunkt der NATO. Die Gegend um Eskişehir ist hauptsächlich bekannt durch den Abbau von Meerschaum (Lületaş). In der Innenstadt gibt es zahlreiche Geschäfte, die Meerschaumpfeifen verkaufen, welche hier seit 1700 geschnitzt werden. Am schönsten erreicht man Eskişehir durch die alte, von Deutschen geplante Bagdadbahn. Die von der bautechnisch schwierigsten Strecke (Schleifentunnel von Bilecik) aus kommende Linie verzweigt sich hier nach Ankara und Afyon.

Geschichte

Die Stadt hat eine lange hethische, phrygisch, römische und byzantinische Geschichte. Im Jahre 1097 kämpften hier die Kreuzritter und Seldschuken in der Schlacht um Dorylaeum gegeneinander. In der jüngsten Zeit wurden viele Tataren angesiedelt. Im türkischen Befreiungskrieg 1918 gab es einige Gefechte um die Stadt.

Sehenswürdigkeiten

Sehenswert sind u. a. die Odunpazarı, alte Lehmhäuser im Zentrum der Stadt, sowie die Brücke über den Porsuk ebenfalls in der Stadtmitte. Außerdem sind die Thermalquellen von Çardak und Gümele einen Besuch wert.

Museen


- Archäologisches Museum
- Meerschaum Museum
- Yunus Emre Museeum
- TCCD Eisenbahn Museeum
- Freiluft Museum von Pessinus im Dorf Ballıhisar bei Sivrihisar
- die phrygische Midasstadt (Midas Şehir) bei Seyitgazi

Weblinks


- [http://www.eskisehir.gov.tr/ Offizielle Seite]
- [http://www.eskisehir.net/ Seite über die Stadt]
- [http://www.elexi.de/en/d/do/dorylaeum.html Dorylaeum]
- [http://www.turkish-media.com/y_h/b3.htm Landkarte] Kategorie:Ort in der Türkei

Meerschaumpfeife

Die Meerschaumpfeife wurde in Europa erst im 18. Jahrhundert bekannt, aller Wahrscheinlichkeit nach war sie aber in der Türkei/Eskişehir, dem Land, in dem dieses Material hauptsächlich vorkommt, bereits im 17. Jahrhundert in Gebrauch. Das Mineral Meerschaum, das ursprünglich Lüle-Stein (Lületaş türk.) hieß, ist ein Sepiolith, chemisch analysiert ein Magnesiumsilikat, verwandt dem Magnesit (Magnesiumkarbonat). Bereits im Jahre 1173 wurde es in Eskisehir aus fossilen Kalksedimenten gewonnen, die rund 250 km von der Küste entfernt, in Tiefen bis zu 250m lagern. In der Antike wurde das Gestein zur Fertigung von Ornamenten verwendet, und erst im 17. Jahrhundert, nachdem der Tabak eingeführt war, begann der Mineraloge W. Vondiest seine Versuche, dieses Mineral auch für die Pfeifenherstellung einzusetzen. Die Flöze, die geeignet sind, liegen in Nordanatolien; man findet das Mineral aber auch in Tanganjika und in Italien, genauer, in den Magnesitgruben von Baldissero Canavese (Piemont). Die Urheberschaft an der Meerschaumpfeife wird in einer Anekdote Karl Kovates aus Budapest zugeschrieben, einem Altwarenhändler und begeisterten Bastler und vor allem leidenschaftlichen Raucher. Im Jahre 1723 bat ihn Graf Andrassy, aus einem Stück Mineral eine Pfeife zu formen, das er durch Zufall erhalten hatte. Es entstanden so zwei Pfeifen, von denen eine der Händler für sich behielt. Nach längerem Rauchen bemerkte er, dass sich die Pfeife an verschiedenen Stellen, an denen er seine Pfeife zu halten gewohnt war, verdunkelt hatte. Er schob es darauf, dass er sie mit seinen häufig schmutzigen Händen angefaßt hätte und vereinheitlichte die dunkle Farbe, indem er die ganze Pfeife mit Pech einrieb. Zu seiner großen Verwunderung mußte er feststellen, dass das Rauchen bei den nächsten Malen einen neuen Geschmack und neue Frische brachte. Die Meerschaumpfeife war geboren. Mit den Türkenkriegen hielt die Meerschaumpfeife auch in Europa ihren Einzug, wurde schnell beliebt und mit dem Beinamen "Die weiße Göttin" berühmt. Umgehend wurde nun das begehrte Rohmaterial nach Europa importiert, vor allem nach Österreich und Ungarn, wo in den Fertigungsstätten Modelle geschaffen wurden, deren hervorragende Raucheigenschaften nur noch von der Schönheit und der Kunst in der Ausführung übertroffen wurden. Heutzutage ist es gesetzlich verboten Meerschaum als Rohmaterial aus der Türkei auszuführen, die Pfeifen müssen in der Türkei endbearbeitet werden. Man verwendet Blöcke aus dem Mineralgestein, die nach dem Brechen aus dem Felsen von Einlagerungen unter fließendem Wasser befreit werden und dann zum Trocknen liegen bleiben. Danach kann man sie bildhauerisch zu Pfeifen verarbeiten. Wenn die Form geschaffen ist, wird sie noch abgeschliffen und geglättet. Um die Glätte zu erreichen, bedient man sich eines botanischen Schmirgelmittels: Pulver aus Schachtelhalm, der auf sandigem Untergrund entlang Wasserläufen wachsend, reich an Silikaten ist; danach werden die Pfeifen in ein Bad von Walratfett, der weißen Masse, die im Hirn des Wales abgelagert ist, getaucht und gelaugt; nach dem Entstauben und Wachsen ist die Pfeife gebrauchsfertig. Wenn man die Pfeife beim Rauchen mit bloßen Händen anfasst, kann die Färbung der Pfeife aufgrund des Handschweisses fleckig werden. Aus diesem Grund rauchen einige Enthusiasten ihre Meerschaumpfeifen angeblich nur mit Handschuhen oder fassen sie nur am Mundstück an. Ein Abfallprodukt des Meerschaum ist Massa, was nichts weiter ist als Preß-Meerschaum, eine Masse, die aus den Abfällen der Blöcke und einigen anderen Substanzen wie Gips und einem Bindemittel vermischt, zu entsprechenden Blöcken gepreßt und zu Pfeifen verarbeitet wird. Die Pfeifen aus diesem Material sind daher - wie das Ausgangsmaterial selbst - etwas schwerer als der echte Meerschaum. Alternativ kann Meerschaum aus Afrika verwendet werden, der allerdings nicht mit dem türkischen qualitativ vergleichbar ist. Es gibt auch Pfeifen aus Bruyéreholz, die einen Einsatz aus Meerschaum besitzen, sie sind billiger und weniger empfindlich in der Handhabung. Ein wichtiger Nachteil des Meerschaums ist seine Bruchempfindlichkeit. Die Eigenheit des Nachdunkelns ist das einzige, das sie ansonsten von anderen Pfeifenmodellen unterscheidet, und das hat nur einen ästhetischen Wert. Einer der hervorstechendsten Vorzüge der Meerschaumpfeife ist ihr geringes Gewicht: man kennt Pfeifen von beachtlichen Ausmaßen in diesem Material, die aber immer von erstaunlichen Leichtigkeit sind. Afrika Ein weiterer Vorzug dieser Pfeife ist, dass sie einen sehr süßen bzw. neutralen Rauchgeschmack vermittelt, dank der Porösität des Meerschaum, der die Teersubstanzen des Rauches fast zur Gänze absorbiert. Meerschaumpfeifen müssen im Gegensatz zu hölzernen Pfeifen nicht eingeraucht werden, ehe sie besten Tabakgeschmack liefern. Die aufgesaugten Substanzen amalgamieren im Laufe der Zeit mit dem Wachs, mit dem die Pfeifen im letzten Arbeitsgang behandelt worden sind und dringen langsam in die kälteren Pfeifenteile ein; im Laufe der Zeit durchdringen sie das gesamte Mineral und verleihen der Außenfläche der Pfeife eine anfangs leicht gelbliche Tönung, die bei weiterem Gebrauch ins Orange tendiert, um dann einen kräftigen Braunton anzunehmen. Dieser langsame Färbungsvorgang, der, wie wir gesehen haben, von innen nach außen dringt, wurde früher als "Coulottage" bezeichnet. Die Braunfärbung hat eine besondere ästhetische Bedeutung bei den geschnitzten Meerschaumpfeifen: sowohl früher, aber auch heute noch konnte der Bildhauer berücksichtigen, welche Teile des Pfeifenkopfs kalt blieben und welche heiß wurden; er konnte daher berechnen, welche Färbungen an welchen Stellen in welcher Intensität durch das wiederholte Rauchen auftreten würden - er konnte die Färbung in seine plastische Gestaltung miteinbezeihen. Von Abbildungen sind Meerschaumpfeifen bekannt, deren Kopf einen Bärtigen darstellen, dessen Gesicht eine Elfenbeinfärbung hat während der Bart orange bis hin zum Braun schimmert. Sehr bekannt und ein gutes Beispiel dafür ist der "Zuave", der über dem Antlitz, das eher zum Braun tendiert, einen Fez trägt, der fast elfenbeinweiß geblieben ist.

Links

http://www.pfeifenstube.de/meerschaum.htm
http://www.meerschaum-pfeifen.com

Siehe Auch


- Tabak, Tabakspfeife Kategorie:Tabak

Liste von Mineralen

Dies ist eine alphabetisch geordnete Liste von Mineralen, deren Synonymen, Mineralgruppen und Mineralserien, zu denen teilweise bereits eigene Artikel bestehen. Sie sind herzlich eingeladen, diese Liste zu ergänzen, vorhandene Artikel zu erweitern oder neue Artikel zu hier aufgeführten Mineralen zu schreiben. Als Hilfsmittel könnte die Formatvorlage Minerale gute Dienste leisten.

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Kategorie:Mineral

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ריקונקיסטה

רקונקיסטה- סדרת מלחמות בספרד בין המוסלמים והנוצרים בין השנים 718 ל1492. בסופן הצליחו הנוצרים לכבוש בחזרה את המדינה מידי המוסלמים. לאחר התנגדות וכיבוש הדרגתי שנמשך כמעט מאז כיבוש ספרד על ידי המוסלמים הצליחו הכוחות הנוצריים בשנת 1492 להדוף את המוסלמים בחזרה לאפריקה. עד 1512 הושלם האיחוד של רוב השטח של ספרד תחת בית המלוכה של קסטיליה. כיבוש זה היה כחלק ממסעי הצלב שמטרתם להדוף את ה"כופרים", ולהחיל את השלטון והאמונה הנוצרית בכל חלקי אירופה. לרקונקיסטה היתה השפעה על גירוש ספרד והקמת האינקוויזיציה. קטגוריה: ספרד קטגוריה: מלחמות קטגוריה:פלישות ומלחמות בימה"ב ja:レコンキスタ

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