Jahrhundertelang haben Menschen – ohne Rücksicht auf die Wirtschaftspolitik – probiert Gold aus Blei (oder anderen unedlen Metallen) herzustellen. Die Idee erschien früher auch nicht so blöd wie sie heute klingt. Man hat gewusst und gesehen, das man verschiedene Stoffe in verschiedene andere Stoffe umwandeln kann, je nachdem wie man sie mischt, erhitzt, destilliert, und so weiter. Warum also nicht auch Blei zu Gold machen? Man dachte, man müsste nur die richtige chemische Reaktion finden; das richtige Rezept oder die richtige Zutat: den Stein der Weisen und dann würde es schon klappen.
Die Leute die diese Alchemie betrieben haben waren daher nicht einfach nur Spinner sondern durchaus auch seriöse Wissenschaftler. Zum Beispiel Isaac Newton (der aber in vielerlei Hinsicht auch als „Spinner“ bezeichnet hätte werden können). Newton war eigentlich viel mehr Alchemist als Physiker und hat sich während seines ganzen Lebens intensiv mit der Suche nach dem „Stein der Weisen“ beschäftigt, wie ich in meinem Buch über Newton ausführlich erzählt habe. Er dachte sogar, er hätte ihn gefunden. Aber so oft Newton auch Recht hatte: Hier irrte er. Der Stein der Weisen blieb auch für ihn unerreichbar.
Newton konnte damals noch nicht wissen, dass man mit Chemie hier nicht weiter kommt. Man kann damit „nur“ die Verbindungen zwischen verschiedenen Atomen verändern. Aber nicht die Atome selbst. Ob ein Element Gold, Silber, Blei oder irgendwas anderes ist hängt davon ab, wie viele Protonen sich in seinem Atomkern befinden. Gold zum Beispiel hat immer 79 Protonen. Sind es keine 79 Protonen dann ist es kein Gold. Nimmt man ein Proton weg, dann hat man kein Gold mehr sondern Platin. Und gibt man ein Proton dazu, dann kriegt man Quecksilber. Blei dagegen hat 82 Protonen. Um aus Blei Gold machen zu können muss man als drei Protonen aus den Atomkernen des Bleis entfernen.
Das ist aber nicht einfach; ganz im Gegenteil. Die Protonen (und Neutronen) im Atomkern werden durch die starke Kernkraft zusammengehalten (Genauer: Die starke Kernkraft hält die Quarks zusammen, aus denen die Protonen und Neutronen bestehen und ein Rest dieser Kraft hält dann auch die Protonen/Neutronen zusammen). Die heißt nicht umsonst „starke“ Kraft. Wie man die Zusammensetzung von Atomkernen ändern kann, hat man erst um die Jahrhundertwende zum 20. Jahrhundert gelernt. Zuerst hat man das natürliche Phänomen der Radioaktivität entdeckt (und wer mehr über diese wirklich spannende Geschichte erfahren will, liest hier weiter).
Erst später hat man dann herausgefunden, wie man gezielt Atomkerne verändern kann. Zuerst durch „Spaltung“: Das passiert zum Beispiel mit Neutronen. Man schmeißt Neutronen auf einen Atomkern, der das Neutron absorbiert (die Anzahl der Neutronen in einem Kern ändert nix am Element – diese Elementvariationen nennt man „Isotope“). Dadurch kriegt der Kern mehr Energie und kann instabil werden. Vereinfacht gesagt: Ist das Verhältnis von Protonen zu Neutronen nicht ausgewogen genug, dann fällt das ganze Ding auseinander und der Kern wurde gespalten. Bei der Kernfusion geht es andersherum: Man schmeißt zwei Atomkerne aufeinander und wenn die Wucht groß genug ist, verschmelzen sie zu einem Atomkern eines anderen Elements.
All das passiert heute regelmäßig in Kernkraftwerken und Teilchenbeschleunigern. Und dort kann man heute auch Gold herstellen. Man nimmt dazu Platin oder Quecksilber (die oben erwähnten Protonen-Nachbarn des Golds). Platin zu verwenden ist allerdings (zumindest aus wirtschaftlicher Sicht) ein wenig doof, da das Zeug noch teurer ist als Gold. Quecksilber kann man aber zum Beispiel durchaus mit Neutronen bestrahlen. Dann entsteht ein Quecksilber-Isotop das instabil ist; also radioaktiv und das macht, was radioaktive Elemente so machen. Nämlich zerfallen und zwar unter anderem zu Gold!
Ein Problem an der Sache gibt es: Das so entstandene Gold kann selbst auch radioaktiv sein und dann macht es keinen großen Spaß es zu horten, zu Schmuck zu verarbeiten oder gar als Zahnfüllung im Körper zu tragen. Und wenn es das nicht ist, dann kriegt man auch nur sehr, sehr wenig davon. Der Chemie-Nobelpreisträger des Jahres 1951 Glenn Seaborg hat in einem Experiment im Jahr 1980 Gold aus dem Element Wismut hergestellt. Immerhin ein paar Tausend Atome! Und danach in einem Interview gesagt: „Die in all unseren Experimenten bisher gewonnene Goldmenge entsprach dem Gegenwert von weniger als einem milliardstel Cent.“
Selbst inflationsbereinigt reicht das nicht, um die Anschaffungskosten für einen Teilchenbeschleuniger wieder reinzuspielen. Wir können also mittlerweile durchaus Gold herstellen. Aber reich werden wir damit leider trotzdem nicht werden…
Das ist mir jetzt nicht so ganz klar geworden. Man kann Gold aus Quecksilber durch Neutronenbeschuss herstellen, aber das ist dann selber radioaktiv? Mal schauen: Von Quecksilber gibt es nicht weniger als 7 stabile Isotope, nämlich Hg-196, Hg-198, Hg-199, Hg-200, Hg-201, Hg-202 und Hg-204. In Spuren kommt in der Natur noch das radioaktive Isotop Hg-206 vor, dass aber wegen seiner Halbwertszeit von 8,15 min Teil einer Zerfallsreihe sein und immer „frisch“ gebildet werden müsste. Durch den Einfang eines Neutrons mutiert ein Atom natürlich eine Position nach oben, was bei Hg-198, Hg-199, Hg-200 und Hg-201 nicht anderes bedeutet, als dass das entstehende Isotop immer noch stabiles Quecksilber ist. Aus Hg-202 und Hg-204 entstehen durch Neutronenbeschuss Hg-203 und Hg-205, die kurzlebig genug sind, um alsbald zu zerfallen, nur leider per Betazerfall (Neutron wandelt sich zu Proton, Elektron und Antineutrino) und somit in die stabilen Thallium-Isotope Th-203 und Th-205, also kein Gold.
Was bleibt also? Nun, man könnte das kurzlebige Hg-206 nehmen und mit Neutronen beschießen, nur zerfällt das entstehende Hg-207 ebenfalls per Betazerfall zu Th-207 und das genauso zu Pb-207, was dann nun wieder stabil wäre. Aus Quecksilber Blei herzustellen, war nun aber nicht gerade der Wunschtraum der Alchimisten. 😉
Letzte Möglichkeit: Man nehme Hg-196, beschieße es mit Neutronen und erhalte instabiles Hg-197. Das zerfällt nun über den exotischeren Elektroneneinfang. Man kann sich da vorstellen, dass im Gegensatz zu Betazerfall nun ein Proton zu einem Neutron, einem Positron und einem Neutrino zerfällt und dass das eingefangene Elektron und das eigentlich freiwerdende Positron miteinander reagieren und sich gegenseitig zerstrahlen. Das Resultat ist Au-197, und was das allerbeste ist: Au-197 ist das einzige stabile Gold-Isotop.
Wo soll nun aber radioaktives Gold herkommen? Ich bin da am Rätseln…
@Captain E.
Ich habe zu dem Thema nur bescheidenes 20 Jahre altes Schulwissen, aber die englisch-sprachige Wikipedia sagt dazu unter dem Eintrag „Synthesis of precious metals“:
Nun ist Wikipedia als einzige Quelle nicht zu 100% verlässlich, aber es scheint mir, als ob es für dein Rätsel wahrscheinlich eine Lösung gibt…
@Captain E.
Hier steht, man nimmt 196Hg und beschießt es mit Neutronen. 197Hg hat dann eine Halbwertszeit von 64,14h und zerfällt zu 197Au (und wie die Tabelle rechts zeigt, zerfallen auch 192Hg-195Hg zu Goldisotopen).
@Rowlf
Laut dieser Seite ist das aus 196Hg synthetisierte 197Au stabil.
@Florian
In irgendeinem WRINT habt Ihr auch mal über Transmutation geredet, wenn ich mich recht entsinne (kann aber auch ein Resonator von Holger gewesen sein), da wurde auch darauf hingewiesen, dass die Protonenzahl das Element ausmacht, was ja zunächst korrekt ist (wobei in einem Resonator der Helholtz-Experte streng zwischen Kernen und Elementen unterschied – Elemente haben Elektronen!). Es wird aber selten gesagt, warum die Protonenzahl so wesentlich ist, die Neutronenzahl aber ziemlich egal.
Was jeder Physiker und Chemiker weiß und für selbstverständlich hält, was aber vielleicht dem unbedarften Laien entgeht, ist dass die chemische Natur eines Elements komplett auf seine Elektronen und deren Konfiguration in den Schalen (oder Orbitalen) zurück zu führen ist, weil die bestimmt, wie sich Elemente zu Molekülen verbinden und welche Strukturen sie bilden – sie bilden halt die Außenseite des Atoms und sind das, was zwischen Atomen miteinander in Kontakt kommt.
Die Elektronenzahl ist aber eben immer genau so groß wie die Zahl der Protonen im Kern, damit das Atom neutral ist. Und wenn’s mal nicht neutral ist, ist es ein Ion, und das hat schon wieder ganz andere chemische Eigenschaften (H+ ist z.B. sehr radikal und H3O+ ganz schön ätzend 😉 ). Was ein Element chemisch ausmacht, sind also letztlich die Elektronen, nicht die Protonen, deren Zahl aber von den Protonen bestimmt wird. Würde ich immer mit dazu sagen.
(Brauche ich hier natürlich niemandem zu erklären, wollte es nur in Erinnerung rufen).
Cupriavidus metallidurans
Delftia acidovarans
@Rowlf:
Die wird es wohl geben, aber ich begreife sie nicht. Aus den stabilen Quecksilber-Isotopen bekommt man entweder stabiles Gold oder stabile Thallium, und aus den im Wikipedia-Artikel angegebenen instabilen Isotopen bekommt man auch nur Thallium oder Blei.
@Alderamin:
Den Weg hatte ich ja beschrieben: Aus stabilem Hg-196 erhält man durch Neutroneneinfang Hg-197 und dann durch Elektroneneinfang mit der von dir zitierten Halbwertszeit stabiles Au-197. Aber wenn nun Hg-192, Hg-193, Hg-194 und Hg-195 zu (instabilen) Goldisotopen zerfallen, bleibt doch die Frage offen: Woher kommen die denn?
@Captain E.
Und die 0,15% entstehen dann wohl in der Natur aus dem Zerfall anderer Atome oberhalb von Quecksilber.
@Alderamin:
Möglich, oder es wird zu einem geringem Maße genau so durch Supernovae erzeugt. Wie auch immer – solange es keinen besonderen Umständen ausgesetzt wird wie etwa einem Neutronenfluss, wird es sich nicht verändern. Durch Neutroneneinfang wird daraus letztlich wieder ein stabiles Isotop, und zwar Gold Au-197.
Meine Frage zielte aber darauf ab, wo die von dir erwähnten instabilen Quecksilber-Isotope, die allesamt zu ebenfalls instabilem Gold zerfallen, eigentlich ursprünglich herkommen sollten. Und dann bleibt natürlich die Frage: Wie macht man aus Quecksilber radioaktives Gold?
Andere Möglichkeit:
Mit schnellen Neutronen kann das Quecksilberisotop 198Hg, welches im natürlichen Quecksilber zu 9,97 % enthalten ist, durch Abspaltung eines Neutrons in das Quecksilberisotop 197Hg umgewandelt werden, welches dann zu Gold (197Au ) zerfällt.
https://www.chemie.de/lexikon/Goldsynthese.html
Au, die Alchymie liegt im Argen! Das mit dem Umweg über das Quecksilber wird nichts. Denn dazu wäre ein Beta-Plus-Zerfall notwendig, der aus einem Proton ein Neutron macht. Unter Aussendung eines Positrons, damit die Ladungsbilanz wieder stimmt. Das aber ist leider nicht der Fall, alle Quecksilberisotope zerfallen nach Beta-Minus. Das heißt, aus einem Neutron wird ein Proton und aus dem Quecksilber wird Thallium. Von da könnte uns wieder ein Alphazerfall retten, bei dem ein Heliumkern abgesondert wird. Alphazerfälle gibt es aber nur bei schweren Atomkernen und ausgerechnet Thallium ist das schwerste Element, das keine Alphazerfälle zeigt. Bei dem um ein Proton schwereren Blei (82 Protonen) gibt es die. So ein Pech! Ich denke mal, dass das auch die Seltenheit von Gold erklärt.
Gangbar wäre hingegen der Weg über das Platin. Auch dessen Isotope zerfallen alle nach Beta-Minus. Aber wie gesagt, ist da kein Geschäft zu machen. Die beim Lesen des Artikels ins Auge gefasste Anschaffung eines Teilchenbeschleunigers wurde nun doch wieder verworfen.
@Artur57:
Da hast du etwas überlesen, denn Hg-197 zerfällt tatsächlich über eine Zerfallsart, die Beta-Plus zumindest äquivalent ist: Elektroneneinfang! Darüber hatten wir aber bereits diskutiert. Das natürliche Tochterisotop von Hg-197 ist tatsächlich das einzig stabile Goldisotop Au-197. Wenn man also die stabilen Hg-196 (durch Neutroneneinfang) oder Hg-198 in Hg-197 transmutieren könnte, passiert der Rest von ganz alleine.
Aber die Frage ist immer noch unbeantwortet: Wie erzeugt man instabile Goldisotope? Genau das soll vor knapp hundert Jahren ja gemacht worden sein. Bislang weiß es hier noch niemand (außer unter Verwendung noch leichterer Quecksilberisotopen, die man aber erst einmal auftreiben muss).
@Captain E.
Vielleicht so?
Laut Tabelle rechts zerfallen 192Hg bis 195Hg alle zu Goldisotopen und laut weiterer Tabelle sind wenigstens 195Au und 196Au radioaktiv. Man beschieße also etwa 194Hg mit Neutronen und erhalte 195Hg, das in 9,9h zu 195Au zerfällt, das erst nach 186 Tagen weiter zerfällt (während 194Hg selbst erst nach 444 Jahren zu 194Au zerfällt, das nach nur 6,18 Tagen weiter zerfällt).
Kommt ja dann am Ende darauf an, welches Quecksilber-Isotop man am häufigsten vorfindet. Und 194Hg ist in der Tabelle dasjenige mit der mit Abstand längsten Halbwertszeit, also wird es wohl am häufigsten neben den stabilen Isotopen zu finden sein. Oder?
@Alderamin:
Theoretisch ist das denkbar, nur hat man beim Wikipedia-Eintrag über Quecksilber die Isotope 196 bis 206 aufgelistet und verweist für weitere auf eine Liste. Der Anteil der stabilen Isotope beträgt 0,15% + 9,97% + 16,87% + 23,1% + 13,18% + 29,86% + 6,87% = 100 %. In Spuren lässt sich angeblich Hg-206 finden und das trotz seiner kurzen Halbwertszeit von 8,15 Minuten. Für sehr viel Hg-194 ist da offensichtlich kein Platz mehr.
Und überhaupt: Warum hätte man mit radioaktivem Quecksilber anfangen sollen? Das macht für mich immer noch keinen Sinn. Tja, außer Hg-197, aber das zerfällt mit einer Halbwertszeit von 64,14 Stunden von selbst zu Au-197. Da muss niemand nachhelfen.
@Captain E.
Kenn mich in den Zerfallsreihen nicht so gut aus und hab auch keine Zeit, nach zu sehen, aber müsste nicht durch den Neutronenbeschuss zum Gewinnen von Hg-197 auch Au-197 aktivierbar sein, so als nicht ausschließbarer Nebeneffekt?
@Joselb:
Im Prinzip ja, nur hat Hg-197 eine Halbwertszeit von 64,14 Stunden. Warum sollte man die Masse immer noch mit Neutronen bestrahlen, wenn man eigentlich schon ausreichend viel Hg-197 erzeugt haben müsste? Wie gesagt – dieses Isotop zerfällt von selber zu stabilem Gold.
Irgendein Detail muss noch fehlen.
Mich täte mal praktisch interessieren, was radioaktives Gold für einen Marktwert hat oder haben würde — immerhin zerfällt es in kalkulierbarer Weise. Und wie geht man mit dem Zeug dann praktisch um, muss man es stets in Bleibunker einschließen?
Schützt die Radioaktivität dann vor Langfingern? Wäre ein bestimmtes Strahlungsprofil (Strahlungsmix) vielleicht sogar ein guter Schutz, weil ein Hilfsmittel der Golddetektion?
Kann man mit unerkannt radioaktivem Gold betrügen? Oder jemanden bedrohen, nach dem Motto „haben dein Gold verstrahlt, in einigen Monaten wird ein Teil in Iridium, Platin und Quecksilber zerfallen sein — verkaufe jetzt unter Preis“?
Wird radioaktives Gold vielleicht eine Wertanlage mit schwieriger Handhabbarkeit werden, einer Handels- und Schmuggelbarriere, nur nützlich für Staaten und große Firmen?
Faszinierend!
@Braunschweiger
Die Chipindustrie jedenfalls wird die Abnahme verweigern. Strahlende Kontakte sind genau das, was die nicht brauchen können.
@Captain E.
Zum Elektroneneinfang habe ich zwei Zitate auf Wikipedia gefunden:
„Elektroneneinfang (engl. electron capture) ist eine Art der Radioaktivität, bei der sich ein Atomkern in einen stabileren umwandelt, indem er ein Elektron aus einer inneren Schale (Orbital) seiner Elektronenhülle einfäng“
„Die Mattauchsche Isobarenregel basiert darauf, dass Kerne mit einer geraden Anzahl an Protonen und einer geraden Anzahl an Neutronen besonders stabil sind (sogenannte g,g-Kerne, siehe auch Tröpfchenmodell). Solche, bei welchen beide Zahlen ungerade sind (u,u-Kerne) sind destabilisiert. Die u,g- bzw. g,u-Kerne liegen zwischen diesen beiden. In der Regel sind u,u-Kerne nicht stabil (siehe unten). Ist das Mutternuklid ein g,g-Kern, so bildet sich durch β-Zerfall ein u,u-Kern und umgekehrt, während aus g,u-Kernen u,g-Kerne entstehen und umgekehrt“
Also Elektroneneinfang passiert, wenn das entstehende Element stabiler ist. Ist es aber nicht, denn Quecksilber hat 80 Protonen und Gold 79 und ist damit unstabiler. Also ich glaube nicht, dass unter diesen Umständen ein Elektroneneinfang stattfindet.
Captain E.
Wie kommt man zu radioaktivem Gold? Also von der Hg-Seite her kommeend gibt es anscheinend tatsächlich keinen Weg. Von der Platinseite aber geht es: 199 Pt wird durch Beta-Minus-Zerfall zu 199 Au und 200 Pt wird zu 200 Au, beide instabil. Also im Kernreaktor ginge das.
@Artur57:
So weit, so gut. In dem oben zitierten Wikipedia-Eintrag wird aber davon gesprochen, dass 1924 bzw. 1941 „mercury“ in „gold“ durch „neutron bombardment“ transformiert worden sei, und das sei dann radioaktiv gewesen. Leider ist „mercury“ aber nicht das englische Wort für Platin, sondern für Quecksilber. Ich sag es ja: Irgendein Detail muss uns noch fehlen.
@Captain E: Das Detail dürfte die Umgebung sein, in der sich das 197 Au befindet: Ein Kernreaktor, mit vielen langsamen Neutronen. Von denen sich das frisch aus 197 Hg gebildete stabile 197 Au natürlich ebenfalls welche einfängt und prompt zu einem instabilen Gold-Isotop wird…
@Richard:
Das würde es erklären. Das fehlende Detail wäre dann die Dauer des Experiments. Natürlich sollte man das aus Hg-196 erzeugte Hg-197 auch nicht mehr allzu lange Neutronenstrahlung aussetzen, da es sonst zu Hg-198 transmutiert und gar nicht mehr zerfällt. Oder es transmutiert zu Hg-199, Hg-200, …
Gold bekommt man dann auf keinen Fall mehr heraus, nicht einmal instabiles.
Als Chemiker rate ich:
Mache aus Kohle Diamanten und tausche gegen Gold.
Anderseits hat sogar Casanova beschrieben,
wie man aus Silber Gold macht.
Man läßt eine kleinere Silbermünze vergolden und
macht ein kräftiges Feuer um die Zuschauer
abzulenken…Dann tauscht man unauffällig die
normale Silbermünze gegen die vergoldetete aus.
@Captain E.
Man müsste also so eine Art Durchlaufprozess haben. Bei dem man eine Isotopentrennung vornimmt.
Dann evtl. doch besser ne große Menge Blei gegen eine kleine Menge Gold eintauschen. ; )
Manche Softwareproduzenten machen aus nichts Mist und hieraus € oder bit coin und dies ist ebensogut wie Gold.
Ihr seit alle auf dem falschen Weg! Transmutation findet bei Unterdruck (-0.7bar) Temperatur um die 270°C und Photonenbeschuss mit einer Wellenlänge von etwa 650nm (Infrarot) statt. Die Konditionierung ist dann aber eine andere Geschichte. Viel Erfolg