Super-Aluminium Atom-Cluster sprengen Periodensystem

Das Periodensystem der Elemente muss möglicherweise erweitert werden: US-Physiker haben Cluster aus 13 Aluminium-Atomen erzeugt, die sich chemisch wie Jod-Atome verhalten. Sie nennen ihre Entdeckung "Superatome."

Von Mirko Herr


"Titan"-Rakete: Mit Superatomen noch besser ins All?
REUTERS

"Titan"-Rakete: Mit Superatomen noch besser ins All?

Schon seit langem sind Forscher auf der Jagd nach Superatomen: Gebilde, die sich aus mehreren Einzelatomen zusammensetzen und neue chemische Eigenschaften aufweisen sollen. Von ihnen erhoffen sie sich neuartige Werkstoffe und ungeahnte Möglichkeiten in der Nanotechnologie.

Shiv Khanna von der Virginia Commonwealth University und Welford Castleman von der Pennsylvania State University scheint nun ein Durchbruch gelungen zu sein: Sie stellten so genannte Aluminium-Cluster her. Die beiden Physiker verdampften dafür das Metall, dabei entstanden Aluminiumbällchen aus einer Vielzahl von Atomen. Besonders interessant und stabil: Cluster aus 13 Atomen, auch Al13 genannt.

Mit dem Massenspektrometer filterten sie dann die Al13-Cluster aus dem Aluminiumdampf. Im Wissenschaftsmagazin "Science" berichten Khanna und Castleman, dass die Cluster sich wie Jod-Atome verhalten, also ganz neue Eigenschaften annehmen. Die Forscher nennen sie "Superatome" und fordern, das Periodensystem um eine Dimension der Cluster zu erweitern.

Die Amerikaner nahmen in ihren Versuchsreihen das Al13 und ließen es mit kettenförmigen Jodmolekülen reagieren. Dabei nahm Al13 den Platz eines Jodatoms ein und zeigte ganz ähnliche Eigenschaften. Dann zerstörte Al13 jedoch die Jodkette, und einzelne Jodatome hängten sich an die Aluminiumkugel. Es entstand eine völlig neue Jod-Aluminium-Verbindung, in der Al13 allerdings weiterhin Jod-Eigenschaften aufwies.

"Es ist sehr aufregend für uns, dass diese Cluster zu ganz neuen chemischen Verbindungen führen können", kommentiert Castleman. Khanna sieht enorme Auswirkungen der Entdeckung: "Die Fähigkeit des Al13-Clusters, sich wie ein Jodatom zu verhalten, wirft Licht auf eine noch unentdeckte dritte Dimension des Periodensystems der Elemente."

In Deutschland hat sich der Karlsruher Chemiker Hansgeorg Schnöckel mit Aluminium-Clustern beschäftigt. Auch er hält die Entdeckung seiner amerikanischen Kollegen für bedeutsam: "Das sind sehr wichtige Arbeiten, die uns in den Grenzbereich zwischen Metallen und kleinen Molekülen führen."

Zwischen den 13 Aluminiumatomen des Clusters hätten sich schon richtige chemische Verbindungen ausgebildet, was sie zu einem Molekül mache. Zugleich habe der Verband metallische Eigenschaften. "Aber die Aluminiumatome wissen, dass sie noch kein Metallverband sind", so Schnöckel gegenüber SPIEGEL ONLINE.

Der Karlsruher Wissenschaftler sieht in den Arbeiten der US-Amerikaner allerdings reine Grundlagenforschung: "Al13 ist enorm reaktiv und verbrennt an der Luft sofort. Langfristig stabile Verbindungen mit neuen Eigenschaften daraus zu schaffen, halte ich noch für reine Zukunftsmusik."

Shiv Khanna ist da optimistischer: "Die Verwendung von Al13-Clustern statt Jod in Kunststoffen könnte zur Entwicklung von verbesserten elektrischen Leitern führen. Und Al13-Jod-Komplexe könnten Aluminium-Partikel zur Verfügung stellen, die nicht oxidieren. Damit wäre ein großes Problem für Treibstoffe gelöst, in denen Aluminium verbrennt." Solche Aluminium-Treibstoffe kommen in den Feststoffraketen der Raumfahrt zum Einsatz. Auch die "Titan"-Rakate, die die "Cassini-Huygens"-Sonde zum Saturn schickte, hatte eine Feststoff-Brennstufe.



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