Alchemie 3 - Goldsynthese und Transmutation

Das große Ziel der Alchemie war bekanntlich Stoffe auf chemischem Weg in Gold umzuwandeln. Es ist allerdings anzunehmen, dass diese Versuche immer erfolglos blieben. Dabei ist die Umwandlung von einem Stoff in einen anderen durchaus möglich.

Transmutation – Stoffumwandlung

In der Kernphysik und der Chemie wird der Begriff Transmutation für eine Umwandlung von Atomkernen in andere Isotope verwendet. Vor allem bei der Herstellung von radioaktiven Materialien findet diese Technik Anwendung. Durch den Beschuss mit Neutronen und geladenen Teilchen, etwa in Atomreaktoren, können Transmutationen hervorgerufen werden. Schon seit den 1940er Jahren wird die großtechnische Herstellung von Plutonium-239 und Uran-233 aus Uran-238 und Thorium-232 betrieben. Die Umwandlung wird dabei durch Neutronenbestrahlung hervorgerufen [1].

Auch in der Natur lässt sich Transmutation beobachten. Solche natürliche Elementumwandlungen kommen bei radioaktivem Zerfall oder bei der Kernfusion in Sternen vor.

Die Umwandlung von einem chemischen Element in ein anders ist jedoch nur mit einem sehr hohem Energieaufwand möglich und keine chemische Reaktion. Deshalb ist es wissenschaftlich sehr fragwürdig, ob Alchemisten tatsächlich eine Goldsynthese durchführen konnten, also die Transmutation eines anderen Elementes zu Gold.

Herstellung von Gold

Die Herstellung von Gold (Ordnungszahl 79) ist in der modernen Physik durchaus durchführbar. Dazu eignet sich entweder ein Teilchenbeschleuniger oder ein Kernreaktor. Als Ausgangsmaterialien dienen Platin (Ordnungszahl 78) oder Quecksilber (Ordnungszahl 80). Da der Preis des Platins aber höher ist als der Goldpreis, ist die Verwendung dieses Elements wenig sinnvoll, also bleibt Quecksilber. Hierbei kann jedoch lediglich das Isotop 196Hg zur Goldgewinnung verwendet werden, das bei natürlichem Quecksilber nur mit einer Häufigkeit von 0,15% vorkommt. Aus diesem Hg-Isotop kann in wenigen Schritten Gold entstehen:

Die übrigen Quecksilberatome wandeln sich bei Bestrahlung mit langsamen Neutronen ineinander um bzw. werden zu Quecksilberisotopen, die sich durch Beta-Zerfall in Thalium umwandeln. Auch eine Herstellung von Gold aus dem Isotop 198Hg ist durch Abspaltung eines Neutrons möglich. Hierfür wäre aber erheblich mehr Energie nötig, die nur ein unmoderierter Reaktor mit schnellen Neutronen liefern würde.

Das heißt, es ist in der Tat machbar Gold technisch herzustellen. Doch das einzige stabile Goldisotop ist 197Au, alle anderen Isotope zerfallen sehr schnell wieder. Zudem wäre der Herstellungsprozess extrem aufwendig und viel zu teuer. Auch bei Kernspaltungsprozessen können Goldisotope als Spaltprodukte auftreten, doch auch diese Herstellungsquelle lohnt sich finanziell nicht weiter zu verfolgen.

In der modernen Wissenschaft ist es, wie beschrieben, prinzipiell möglich Stoffumwandlungen durchzuführen. Der Chemiker und Atomphysiker, Glenn Seaborg, hat wohl 1980 im Lawrence Berkeley Laboratory (USA) erstmals eine Umwandlung von einigen Tausend Bismutatomen zu Gold durchgeführt [2] [3]. Im Jahre 1951 hatte er für seine „Arbeiten zu Isolierung und Identifizierung von Transuranen“ den Nobelpreis für Chemie erhalten. Gold ist außerdem in sehr geringem Maße (< 1%) in noch verunreinigtem Bleimineral vorhanden, bei der Raffination fällt es als Nebenprodukt an. Möglicherweise haben die Alchemisten dieses Bleierz pulverisiert und daraus winzige Goldmengen gewonnen [2].

Transmutation und Atommüll

Die Möglichkeit der Stoffumwandlung durch Transmutation ist aktuell in einem anderen Zusammenhang ein Gesprächsthema. Denn die Umwandlung von radioaktiven Abfällen in weniger gefährliche Stoffe wäre theoretisch technisch möglich [4].

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Glossar

Neutroneneinfang
Wenn langsame (bzw. thermische) Neutronen vom Atomkern absorbiert werden und anschließend nur ein Gammaquant emittiert wird, dann spricht man von Neutroneneinfang.

Elektroneneinfang
Ein Atomkern wandelt sich in einen stabilen Kern um, indem er ein Elektron aus einem der inneren Orbitale der Elektronenhülle einfängt.

Beta-Zerfall
Dies ist ein radioaktiver Zerfallstyp eines Atomkerns. Ein energiereiches Betateilchen (Elektron oder Positron) verlässt den Kern, gleichzeitig entsteht ein Neutrino bzw. ein Antineutrino.

Quellen:

1. http://www.chemie.de/lexikon/Transmutation_%28Kerntechnik%29.html
2. Anne Marie Helmenstine, Ph.D., Turning Lead into Gold – Is Alchemy Real? , (http://chemistry.about.com/cs/generalchemistry/a/aa050601a.htm; 16.Feb.2011)
3. Aleklett, K.; Morrissey, D.; Loveland, W.; McGaughey, P.; Seaborg, G. 1981. “Energy dependence of ^{209}Bi fragmentation in relativistic nuclear collisions”. Physical Review C 23: 1044. (http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevC.23.1044)
4. Alex C. Mueller, Hamid Ait Abderrahim, Transmutation von radioaktivem Abfall, Physik Journal 9 2010 Nr.11, S. 33-38
5. Wikipedia.de, Transmutation http://de.wikipedia.org/wiki/Transmutation#Herstellung_von_Gold_und_anderen_Edelmetallen
6. http://encyclopedie-de.snyke.com/articles/goldsynthese.html
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes_of_gold
8. http://www.periodensystem.info/elemente/quecksilber/

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© Junker Edelmetalle 2011
Autorin: Martina Mindt