Gallium: Zu spät entdeckt, um es in Mendeleevs erstes Periodensystem zu schaffen

Leute, es ist eine Weile her. Lassen Sie uns schauen, wie es Patty geht……

Patty starrte auf ihre neue Apple® Watch und war zufrieden.  Was sie am glücklichsten machte, war, dass sie gar nicht erwartet hatte, zufrieden zu sein.  Sie hatte viele lauwarme Kritiken gehört und war darauf vorbereitet, nicht beeindruckt zu sein. Aber soweit liebte sie die Uhr.  Zugegebenermaßen, ihr iPhone 5 musste in der Nähe sein. Aber auf einen Blick konnte sie Textmitteilungen, ihren Fitnessfortschritt des Tages, die Außentemperatur, ihre Meetings für den Tag sehen, die Uhr als Taschenrechner verwenden, usw., usw.  Sie nutzte sie die ganze Zeit. Es war einfach angenehmer, als ihr iPhone aus der Tasche zu nehmen.  Außerdem hielt die Batterie viel länger, als erwartet.  Am Ende des Tages waren noch immer zwei Drittel der Batterieladung übrig.  

Sie kicherte in sich hinein, während sie sich das Uhrenarmband ansah.  Es gab Uhrenarmbänder seit Jahrzehnten und sie besaßen diesen nervigen Stift, der das Armband an der Uhr befestigte.  Überlassen wir es Apple, das perfekte Uhrenarmband zu entwerfen.  Auf der Rückseite der Uhr befindet sich eine kleine Einkerbung.  Wenn man sie eindrückt, rutscht das Armband heraus.  Führt man es wieder ein, wird das Armband sehr fest gehalten.  Das Beste an der Uhr war jedoch, dass sie kostenlos war!  Der Professor der Vorlesung hatte sie darum gebeten, eine 30 minütige Präsentation über die Apple Watch in einer Vorlesung mit dem Titel  Alltägliche Technologie zu halten. Als Honorar wurde die Uhr von der Schule bezahlt.  Und sie durfte sie behalten.

Das Armband der Apple Watch ist einfach auszutauschen und robust. Bild Quelle.

Dies war Pattys freies Semester, weshalb sie außerdem zugestimmt hatte, eine weitere Vorlesung zu Materialien: Die Substanz der Zivilisation zu halten, da der Professor für ein paar Tage auf einer Konferenz war.   Patty fühlte sich gut dadurch, dass sie so gut in die Ingenieursschulkultur integriert war, dass diese beiden Professoren sie darum baten an den Vorlesungen teilzunehmen. 

Ein Teil Ihrer Vorlesung handelte von Mendeleevs Entwicklung des Periodensystems.  Der Professor der Vorlesung schlug vor, dass sie ein 10 minütiges Video von  Stephen Hawkings Universum DVD zeigen solle.  Das Video beschrieb, wie Mendeleev die Atommasse und die Namen der Elemente auf ein Papier niederschrieb, das etwa so groß wie eine Karte war.  Dann ordnete er die Elemente entsprechend ihrer Atommasse und der physikalischen Eigenschaften an und das Ergebnis war das Periodensystem.

Als Patty sich das Video ansah, sah sie, wie der Schauspieler die Karte mit dem Element Indium niederlegte.

“Moment mal”, dachte sie sich, “War Indium zu dieser Zeit schon entdeckt?”

Sie interessierte sich ziemlich für Indium, da ihr Mann Rob seine Dissertation über Indiumzinnoxid (ITO) schrieb.  Sie forschte etwas nach und fand heraus, dass Indium 1863 entdeckt wurde, sechs Jahre bevor Mendeleev seine bahnbrechende Arbeit zum Periodensystem durchführte.  Das Video log also nicht.

Mendeleev zur Zeit seiner Entdeckung des Periodensystems.

Während das Video weiter lief, erklärte der Sprecher, dass Mendeleevs erstes Periodensystem Lücken aufwies und dass Mendeleev voraussagte, dass in naher Zukunft Elemente entdeckt werden würden, die diese Lücken füllen würden.

Patty fand ein TedEd Video , das Mendeleevs Arbeit ihrer Meinung nach noch besser als Stephen Hawkings Video beschrieb.  Eines der Dinge, die Patty sehr tiefgründig fand, war, dass Mendeleev die Eigenschaften der unbekannten Elemente anhand ihres Platzes im Periodensystem vorhersagte.  Das Video behauptet, dass er vorhersagte, dass ein Element mit einer Atommasse von etwa 68 gefunden werden würde.  Er nannte dieses Element Eka-Aluminium, da es sich in der gleichen Spalte eine Reihe unter Aluminium befand.  1871 sagte er voraus, dass es eine Dichte von 6 g/cm³ besitzen würde, einen niedrigen Schmelzpunkt besäße, Wärme gut leiten würde und ein glänzendes Metall wäre.  Er sagte all diese Eigenschaften mit unheimlicher Genauigkeit voraus, als Eka-Aluminium bzw.  Gallium vier Jahre später 1875 entdeckt wurde.

Mendeleevs Periodensystem von 1871.  Zu dieser Zeit waren die Ordnungszahlen noch nicht bekannt, weshalb er die Atommasse verwendete. Bild Quelle.

Beachten Sie, dass dem Atomgewicht von 68 kein Element zugeordnet ist.  Gallium wurde hier 1875 eingefügt.

Patty kannte Gallium, da dieses Element Teil von Robs Studien war, weil es häufig mit Indium bei der Herstellung von Halbleiterlasern und LEDs verwendet wird.  Sie konnte sich vage daran erinnern, dass Rob von der Wichtigkeit von Gallium begeistert war, wusste jedoch nicht mehr, weshalb.

Der Tag ging rasch vorüber und ehe sie sich versah, war sie in ihrer Einfahrt und bereit für die Abenteuer des Abends.  Rob war früh nach Hause gekommen und bereitete sein typisches Abendessen mit hausgemachten Käsemakkaroni zu.  Es war knusprig und Patty roch das einladende Aroma, als sie ins Haus eintrat.  Abendessen und gleich danach war Familienzeit. Rob und Patty hatten eine Abmachung, dass sie weniger über die Arbeit reden und sich mehr auf familiäre Angelegenheiten mit ihren beiden Jungs konzentrieren würden.  Es war Dienstag und bei ihnen zu Hause war "Spanischer Tag".  Am "Spanischen Tag" sprachen sie nur auf Spanisch. Auch ihre beiden Zwillingssöhne sprachen und verstanden Spanisch und Mandarin (Donnerstag war "Mandarin-Tag") sehr gut.

Um 20 Uhr waren die Kinder im Bett und Patty zersprang schier, um Rob von Mendeleev und Eka-Aluminium zu erzählen.  Nachdem sie ihm die gesamte Geschichte erzählt hatte, fuhr sie fort.

“Ich finde noch immer, dass es wirklich beeindruckend ist, dass Mendeleev nicht nur vorhersagte, dass Gallium existieren musste und dass er seine tatsächlichen physikalischen Eigenschaften beschreiben konnte”, eröffnete Patty.

“Ja du hast recht.  Denk drüber nach. Als er die Vorhersage traf, war fast nichts über diese Materialien bekannt.  Wissenschaftler stimmten noch nicht einmal zu, dass Atome existierten.  Du und ich haben Vorlesungen über Festkörperphysik besucht und wir könnten vermutlich nicht das tun, was er tat”, antwortete Rob.

“Gallium ist momentan ein sehr wichtiges Material, da es in Halbleiterlasern und vor allem in der LED-Beleuchtung verwendet wird.  Ohne Gallium hätten wir keine weiße LED-Beleuchtung, da Galliumnitrid benötigt wird, um blaue Laser herzustellen”, fuhr Rob fort.

“Moment mal!  Du sagtest weißes Licht und dann blaues Licht. Ich bin verwirrt”, unterbrach Patty.

“Es gibt keine weißen LEDs.  Weißes Licht kann nur durch rote, grüne und blaue LEDs erzeugt werden.  Blaue LEDs werden mit Galliumnitrid hergestellt”, antwortete Rob.

“Ich weiß, dass weiße LED-Beleuchtung für die Zukunft wichtig ist, da dies Elektrizität einspart.  Mir gefiel das scharfe blau-weiße Licht der frühen LEDs jedoch nicht. Die Technologie verbessert sich allerdings”, entgegnete Patty.

“Ich habe gelesen, dass etwa 20 % der gesamten Elektrizität für die Beleuchtung verwendet wird, und dass LEDs im Vergleich zu Glühbirnen etwa 1/7 der Energie pro Lumen benötigen.  Wenn man über diese Situation nachdenkt, ist Gallium ein wichtiges Material für die Zukunft”, fuhr Rob fort.

“Ich frage mich, ob Mendeleev vermutete, dass sein vorhergesagtes Eka-Aluminium bzw. Gallium so wichtig sein würde”, kicherte Patty.

Bis bald!

Dr. Ron

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