Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Wissensreise durch die Länder der Erde Thema heute Strontium
Sr. Das Feuerwerk Element wenn in
einer Sommernacht der Himmel in leuchtendem Rot erstrahlt, wenn
Feuerwerkskörper ihre prachtvollen roten Kaskaden in
die Dunkelheit zeichnen und das Publikum unten kollektiv den
Atem anhält, dann ist mit großer Wahrscheinlichkeit ein Element
am Werk, das die meisten Menschen zwar sehen, aber kaum
kennen. Strontium es ist ein Metall, das
im Verborgenen wirkt. Und doch, bei festlichen
Anlässen aller Art für die schönsten Momente sorgt.
Aber Strontium ist weit mehr als ein Pyrotechnik Zutat, es ist
ein Element mit einer faszinierenden
Entdeckungsgeschichte, mit einer wichtigen Rolle in Medizin,
Geologie und Materialwissenschaft und mit
einer dunklen Seite, die untrennbar mit der Geschichte
der Kernwaffen verbunden ist. Heute reisen wir gemeinsam in
die Welt dieses bemerkenswerten Erdalkalimetalls.
Beginnen wir, wieso oft mit dem Namen Strontium verdankt, seine
Bezeichnung einem kleinen Ort im schottischen Hochland Strontian,
ein winziges Dorf am Ufer des Loch Sunart in Argil.
Im Jahr 1790 untersuchten Mineralogen ein Erz aus den
dortigen Bleibergwerken und stellten fest, dass es eine
bisher unbekannte Substanz enthielt.
Der schottische Chemiker Edda Crawford und sein Kollege
William Krukschenk isolierten eine neue Erde, wie man damals
Metalloxide nannte, aus dem Mineral Strontianit die.
Das heute als Strontiumcarbonat Srco 3 bekannt ist.
Doch die endgültige Isolation des reinen Metalls gelang erst 2
Jahrzehnte später im Jahr 1808 durch den englischen Chemiker
Sir Humphrey Davy. Davy war einer der produktivsten
Elemente Entdecker der Geschichte.
Mit Hilfe der Elektrolyse, einem Verfahren, bei dem elektrischer
Strom eine Verbindung zerlegt, gelang es ihm in kurzer Zeit
gleich mehrere neue Metalle zu isolieren, darunter Kalium,
Natrium, Kalzium, Barium und eben Strontium.
Für die Wissenschaft war es eine goldene Ära der Entdeckungen,
die. Strontium trägt im
Periodensystem das Symbol SR und die Ordnungszahl 38.
Es gehört zur zweiten Hauptgruppe, den sogenannten
Erdalkalimetallen, zusammen mit Beryllium, Magnesium, Calcium,
Barium und Radium. Diese Gruppe teilt
charakteristische Eigenschaften. Alle ihre Mitglieder sind
silbrig weiße, reaktive Metalle, die 2 Elektronen in der
äußersten Schale besitzen und diese bereitwillig abgeben.
Um den stabilen Zustand der darunter liegenden vollgefüllten
Schale zu erreichen. Strontium ist also ein typischer
Vertreter seiner Gruppe und doch in vieler Hinsicht individuell.
Die Atommasse von Strontium beträgt rund 87,62
Atommasseneinheiten. Das reine Metall hat eine
silbrig weiße Farbe und ist weich genug, um mit einem Messer
geschnitten werden zu können. Seine Dichte liegt bei 2,64
Gramm pro Kubikzentimeter, damit ist es leichter als die meisten
Metalle, aber schwerer als Wasser, der Schmelzpunkt liegt
bei 777 Grad Celsius. Der Siedepunkt bei 1382 Grad
Celsius an der Luft oxidiert Strontium rasch.
Es bildet zunächst eine gelbliche Oxidschicht auf seiner
Oberfläche und bei Kontakt mit Wasser reagiert es unter Bildung
von Strontiumhydroxid und Wasserstoffgas.
Letzterer kann sich in höheren Konzentrationen entzünden.
Aus diesem Grund wird reines Strontiummetall unter
Schutzatmosphäre oder unter Kerosin gelagert.
Strontium kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von etwa
360 Milligramm pro Kilogramm vor, das Macht es zum Sechzehnt
häufigsten Element in der Erdkruste, es ist damit
keineswegs selten, es kommt in der Natur allerdings nie in
reiner Form vor, sondern stets als Verbindung.
Die wichtigsten Strontiumminerale sind Koelestin
Strontiumsulfat s, RSO 4 und strontianid Strontiumcarbonat SR
Co 3. Koelestin ist dabei das
bedeutendere der beiden, da es die Hauptquelle für die
industrielle Strontiumgewinnung darstellt.
Die weltweit größten Vorkommen von Koelestin befinden sich in
China, Spanien und Mexiko. China ist mit Abstand der größte
Produzent und deckt mehr als 70% der weltweiten Nachfrage.
Strontium hat 4 stabile Isotope sr 84 sr 86, sr 87 und SR 88 das
häufigste davon ist SR 88 das rund 82,6% des natürlich
vorkommenden Strontiums ausmacht.
Besonders wissenschaftlich bedeutsam ist SR. 87, da es das
Zerfallsprodukt des radioaktiven rubidium 87 ist.
Dieses zerfällt mit einer Halbwertszeit von rund 49
Milliarden Jahren, mehr als dreimal so lang wie das Alter
des Universums. Durch Beta Zerfall zu Strontium
87. Das Verhältnis von sr 87 zu sr
86 in Gesteinen und Mineralien wird daher in der Geologie als
Rubidium Strontium Datierung genutzt, um das Alter von
Gesteinen zu bestimmen, die Milliarden von Jahren alt sind.
Es ist eine der verlässlichsten Methoden der geochronologischen
Forschung und hat uns fundamentale Einblicke in die
Geschichte unseres Planeten ermöglicht.
Nun zum Aspekt. Der Strontium den meisten
Menschen am nächsten bringt, ohne dass sie es wissen.
Die Farbe rot beim Feuerwerk, wenn Strontiumverbindungen meist
strontiumnitrat Sr Klammer auf no 3 Klammer zu Klammer zu oder
Strontiumcarbonat in einer heißen Flamme verbrannt werden,
emittieren die angeregten Strontiumatome
charakteristisches rotes Licht. Der physikalische Hintergrund
dieses Phänomens ist die Atomemissionsspektroskopie die
Hitze der Flamme regt die Elektronen der Strontiumatome
auf höhere Energieniveaus an, wenn diese Elektronen in ihren
Grundzustand zurückfallen, geben sie die aufgenommene Energie in
Form von Lichtquanten ab, Photonen mit ganz bestimmten
Wellenlängen, die den Farben des sichtbaren Spektrums
entsprechen. Strontium emittiert dabei vor
allem bei Wellenlängen zwischen etwa 605 und 690 Nanometern, was
dem roten Bereich des sichtbaren Lichts entspricht.
Jedes Element hat dabei sein eigenes unverwechselbares
Spektrum, gewissermaßen seinen Lichtfingerabdruck diese
Eigenschaft macht Strontium nicht nur für Feuerwerk
attraktiv. Sondern auch für Signalmunition
und Notfackeln rote Leuchtfackeln auf Schiffen und
in Notfallausrüstungen enthalten Strontiumverbindungen, die auch
unter schwierigen Bedingungen ein kräftiges, gut sichtbares
rotes Licht erzeugen. Die Leuchtkraft und
Zuverlässigkeit dieser Verbindungen hat im Laufe der
Geschichte zweifellos Menschenleben gerettet, die.
Doch Strontium hat neben seiner leuchtenden Seite auch eine
ausgesprochen dunkle Geschichte. Diese ist untrennbar mit dem
atomaren Zeitalter verbunden. Strontium, 90, ein radioaktives
Isotop mit einer Halbwertszeit von 28,8 Jahren, entsteht als
eines der häufigsten Spaltprodukte bei
Kernwaffenexplosionen und in Kernreaktoren.
Es emittiert Betastrahlung und ist aus mehreren Gründen
besonders gefährlich für lebende Organismen.
Der entscheidende Grund liegt in der chemischen Ähnlichkeit von
Strontium mit Calcium, beide Elemente gehören derselben
Hauptgruppe im Periodensystem an und haben sehr ähnliche
Ionenradien der menschliche Körper und der Körper aller
Wirbeltiere kann Strontium nicht zuverlässig von Calcium
unterscheiden, das bedeutet. Wenn radioaktives Strontium 90
über Nahrung, Wasser oder Atemluft in den Körper gelangt,
wird es wie Calcium behandelt und in die Knochen und Zähne
eingebaut. Dort bleibt es und strahlt über
Jahre und Jahrzehnte beschädigt die Beta Strahlung des
eingelagerten Strontium 90 das Knochenmark und kann Leukämie
sowie Knochenkrebs verursachen. Während der Hochzeit der
atmosphärischen Kernwaffentests in den 1950er und frühen 1960er
Jahren wurde Strontium 90 in großen Mengen in die Atmosphäre
freigesetzt und verteilte sich global.
Es gelangte in den Boden, wurde von Pflanzen aufgenommen, von
Nutztieren gefressen und fand schließlich seinen Weg in die
Milch und damit in die Nahrungskette.
Messungen in den Zähnen von Kindern, die in dieser Zeit
geboren wurden, zeigten weltweit erhöhte Strontium 90 Werte.
Diese erschreckenden Befunde trugen wesentlich dazu bei, die
öffentliche Meinung gegen Kernwaffentests zu mobilisieren
und führten 1963 zum Parshall Nuclear Test Ban Treaty, dem
Vertrag, der atmosphärische, ozeanische und
Extraterrestrische Kernwaffentests verbot.
Strontium 90 war mithin nicht nur ein Umweltgift, sondern auch
ein politischer Katalysator. Nach schweren nuklearen Unfällen
wie Tschernobyl, 1986 und Fukushima 2011 war Strontium 90
neben caesium 137 eines der meistgemessenen radioaktiven
Kontaminanten in der Umgebung. Die Überwachung von Strontium,
90 in Böden, Gewässern und Lebensmitteln ist daher bis
heute ein wichtiger Bestandteil des nuklearen Strahlenschutzes.
Dabei ist es wichtig, 2 Dinge auseinander zu halten, das
natürlich vorkommende stabile Strontium, das in vielen
Nahrungsmitteln vorkommt und für den menschlichen Körper in
normalen Mengen völlig harmlos ist.
Und das radioaktive Strontium 90, das ein rein technogenes
Kontaminationsprodukt ist. Normales Strontium, wie es in
Meeresfrüchten, Getreide, Gemüse und Milchprodukten vorkommt, ist
kein Gesundheitsrisiko. Das führt uns zu einem weiteren,
deutlich erfreulicheren Kapitel der Strontiumgeschichte seiner
medizinischen Bedeutung. Strontiumranilat eine Verbindung
aus Strontium und Ranelinsäure wurde in den frühen
zweitausender Jahren als Medikament zur Behandlung von
Osteoporose entwickelt und zugelassen.
Osteoporose ist eine Erkrankung, bei der die Knochendichte
abnimmt und das Risiko für Knochenbrüche steigt, eine der
häufigsten altersbedingten Erkrankungen, von der weltweit
hunderte Millionen Menschen. Überwiegend Frauen nach der
Menopause betroffen sind strontiumranelat wirkt auf eine
doppelte Weise. Es hemmt den Knochenabbau durch
Osteoklasten und fördert gleichzeitig den Knochenaufbau
durch Osteoblasten. Klinische Studien zeigten eine
signifikante Reduktion des Frakturrisikos das Medikament
wurde unter dem Handelsnamen Protelos vertrieben.
Allerdings zeigte sich im Laufe der Zeit, dass Strontium Ranelat
mit einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse wie
Herzinfarkt und Thrombosen verbunden ist.
Die Europäische Arzneimittelagentur schränkte
daher die Zulassung des Medikaments erheblich ein und in
vielen Ländern wurde es schließlich vom Markt genommen
oder steht nur noch unter strengen Auflagen zur Verfügung.
Die Geschichte von Strontiumranellat illustriert
exemplarisch die Komplexität der modernen Pharmakologie.
Ein Wirkstoff, der in einer Hinsicht vielversprechend ist,
kann in anderer Hinsicht unerwünschte Risiken bergen,
Strontiumchlorid hingegen findet eine ganz andere medizinische
Anwendung als Wirkstoff in bestimmten Zahnpasten für
empfindliche Zähne. Strontium Ionen können in die
Dentintubuli die feinen Kanälchen im Dentin des Zahns,
die bei freiliegenden Zahnhälsen für Schmerzempfindlichkeit
verantwortlich sind, eindringen und diese Kanälchen versiegeln.
Dadurch wird der Schmerzreiz bei Kontakt mit heißen, kalten oder
süßen Speisen reduziert, diese Anwendung ist deutlich
unspektakulärer als Feuerwerk oder Osteoporose Therapie.
Aber im Alltag von Millionen von Menschen täglich präsent in der
Materialwissenschaft und Industrie, spielt Strontium
ebenfalls eine wichtige Rolle, die oft übersehen wird.
Eine bedeutende Anwendung liegt in der
Aluminiumlegierungsmetallurgie, wenn kleine Mengen Strontium
typischerweise zwischen 0,005 und 0,05%.
Zu Aluminiumsiliciumlegierungen zugegeben werden verändert sich
die Mikrostruktur des erstarrenden Metalls
grundlegend. Ohne Strontium bildet das
Silicium beim Erstarren grobe, nadelige Kristalle, die die
mechanischen Eigenschaften der Legierung beeinträchtigen.
Mit Strontium hingegen wird die Siliziumphase veredelt.
Die Kristalle werden feiner und gleichmäßiger verteilt, was die
Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitbarkeit des Aluminiums
verbessert. Diese Technik wird in der
Automobilindustrie breit eingesetzt, beispielsweise für
motorblöcke, Zylinderköpfe und Räder aus Aluminiumguss.
Strontium Titanat SRTIO 3 ist ein weiteres industriell
relevantes Strontiumprodukt. Es ist ein synthetischer
Edelstein, der in den 1900 50er Jahren als Diamantersatz
eingesetzt wurde, bevor Kubisches Zirkoniumoxid diesen
Platz übernahm. Strontium Titanat hat einen
optischen Brechungsindex, der höher ist als der von Diamant
und ein stärkeres Lichtbrechungsvermögen.
Es funkelt sogar mehr als ein echter Diamant.
Als Schmuckstein hat es heute kaum noch praktische Bedeutung,
aber als technisches Keramikmaterial ist es äußerst
wertvoll. Es wird in der
Elektronikindustrie als elektrisches Material, in
Kondensatoren und als Substrat für Supraleitende Dünnfilme
eingesetzt. Strontiumferid srfe 12 u 19 ist
ein wichtiges Permanentmagnetmaterial.
Es gehört zu den Hexaferiten und wird weltweit in großen Mengen
für einfache Permanentmagnete in Elektromotoren, Lautsprechern,
Kühlschrankmagneten und Magnetverschlüssen verwendet.
Obwohl leistungsstärkere, selten Erdmagnete aus Neodym oder
samarium Kobalt in vielen Hochleistungsanwendungen
Strontiumferid verdrängt haben, ist letzteres aufgrund seines
deutlich niedrigeren Preises und seiner chemischen Stabilität
nach wie vor das Volumenmäßig am meisten produzierte
Magnetmaterial der Welt. In der Forschung, der
Quantenphysik und Atomuhrentechnologie hat
Strontium in den vergangenen Jahren eine bemerkenswerte
Karriere gemacht. Optische Gitteruhren auf Basis
von Strontium 87 gehören zu den Präzisesten Zeitmessgeräten, die
die Menschheit je gebaut hat. In diesen Uhren werden Tausende
von Strontiumatomen in einem optischen Gitter.
Einem durch Laserlicht erzeugten dreidimensionalen Käfig aus
Lichtfeldern gefangen und auf eine bestimmte
Elektronenübergangsfrequenz abgestimmt.
Die Schwingungsfrequenz dieses Übergangs bei rund 429 Billionen
Hertz dient als Taktgeber. Optische Strontiumuhren sind so
präzise, dass sie in 15 Milliarden Jahren, also einer
Zeitspanne, die dem Alter des Universums entspricht, weniger
als eine Sekunde abweichen würden.
Diese extremen Präzisionsmessungen sind nicht
nur akademisch interessant, sondern finden praktische
Anwendung in der Navigationstechnologie, in der
Grundlagenforschung, der Physik und bei Tests der Allgemeinen
Relativitätstheorie. Die Relativitätstheorie, das ist
ein schöner Übergang zu einem letzten Aspekt.
Einstein zeigte, dass Zeit nicht absolut ist.
In stärkeren Gravitationsfeldern vergeht die Zeit langsamer,
optische Strontiumuhren sind so präzise, dass sie diesen Effekt
messen können. A hätten schon ein
Höhenunterschied von wenigen Zentimetern zwischen 2 Uhren
führt zu einem messbaren Unterschied in der Gangrate.
Diese Messungen ermöglichen es gravitationsbedingte
Zeitdilatation direkt zu beobachten und die allgemeine
Relativitätstheorie mit bisher unerreichter Genauigkeit zu
überprüfen. Strontium das Rote Feuerwerks
Element, steckt also auch mitten in den tiefsten Fragen der
modernen Physik. Strontium ist in gewisser Weise
ein Spiegelbild unserer Zivilisation.
Es leuchtet in Rot bei Festen und feiern, es stärkt die
Knochen der alternden, es härtet das Aluminium unserer Autos,
hält Magnete in unseren Alltagsgeräten zusammen und
misst die Zeit mit kosmischer Präzision.
Aber es trägt auch die Narben unserer gefährlichsten
Erfindungen in sich. Radioaktive Spuren in Böden und
Knochen als stumme Zeugen der nuklearen Versuche des 20
Jahrhunderts, gerade diese dunkle Seite des Strontiums
erinnert uns daran, wie fragil das Gleichgewicht ist, das uns
trägt, die Erde, ihre Böden, ihre Gewässer, ihre Luft, all
das ist nicht selbstverständlich.
Es braucht Gesellschaften, die diese Güter bewusst schützen,
die aus der Geschichte lernen und die Entscheidungsträgerinnen
und Entscheidungsträger zur Verantwortung ziehen.
Der Schutz unserer natürlichen Lebensgrundlagen und der Erhalt
offener demokratischer Gemeinschaften, in denen solche
Entscheidungen transparent und im Interesse aller getroffen
werden, sind keine abstrakten Ideale.
Sie sind die Voraussetzung dafür, dass künftige
Generationen noch in einer Welt leben können, in der Strontium
nur als leuchtendes Rot am Nachthimmel bekannt ist und
nicht als radioaktives Erbe menschlicher Kurzsichtigkeit.
Danke, dass du heute dabei warst, auf unserer Wissensreise
durch das Periodensystem der Elemente, wenn dir diese Folge
gefallen hat, dann. Teile Sie gerne und hinterlasse
uns eine Bewertung. Das hilft uns sehr, diesen
Podcast weiterzuführen und neue Folgen zu produzieren, bis zum
nächsten Mal.