Elemente ermöglichen Minitechnologie
In vielen Alltagsgeräte steckt heute ein Sammelsurium an besonderen Elementen, die es überhaupt möglich machen, so klein und energieeffizient zu bauen, wie man sich das vom neuesten Technikspielzeug erwartet. Etwa 60 verschiedene Elemente stecken in einem typischen Smartphone, von edlen Metallen wie Gold und Tantalum bis zu Seltenen Erden wie Dysprosium und Galadonium, erklärt Peter Weinberger, vom Institut für Angewandte Synthesechemie der Technischen Universität Wien.
Am Anfang stand Silizium
Ganz grundlegend braucht man für Schaltkreise in der modernen Elektronik heute aber zunächst Silizium - das es theoretisch so häufig gibt wie Sand. Aber hochreines Silizium gewinnt man erst mithilfe von chemischen Reaktionen und extrem hohen Temperaturen. Und bevor man es in hoher Reinheit gewinnen konnte, konnte man auch nichts mit den besonderen Eigenschaften des Elements anfangen, das ein Halbleiter ist - also isolierende und stromleitende Eigenschaften hat.
150 Jahre Periodensystem
Datiert mit 17. Oktober 1869 hat Viktor von Richter in den Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft 2 (1869) 552 seinen „Bericht aus St. Peterburg vom 17. Oktober 1869“ abdrucken lassen. Darin berichtet er von einer Sitzung der Russischen Chemischen Gesellschaft vom 2. Oktober (14. Oktober nach unserer Rechnung) 1869, in der der russische Chemiker Dmitri Mendelejew seine Ansichten „Ueber die Beziehungen der Eigenschaften zu den Atomgewichten der Elemente“ vorgetragen hat.
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Diese Eigenschaften kann man gezielt beeinflussen, je nach dem, was man dem reinen Silizium beifügt – wie man es „dotiert“. So kann man die Fließrichtung des Stroms beeinflussen, und hat damit man die Möglichkeit elektronische Bauteile wie Dioden, Transistoren und Schaltkreise zu konstruieren - die technologischen Grundlagen für eine technologische Revolution im Kleinformat und moderne Computer oder Handys.
Ein Hauch von Lithium
Sollen elektronische Geräte tragbar sein, brauchen sie auch unterwegs Energie. Bleiakkus, wie man sie zum Beispiel aus Autos kennt, kamen dafür nicht in Frage, erklärt Weinberger. Denn um daraus genügend Strom gewinnen zu können, hätten sie mit Blei extrem schwer sein müssen – „das würden wir ungern in einem Laptop mitschleppen“.
Lithium wiederum ist aber das drittleichteste Element des Periodensystems. Die sehr kleinen Lithium-Atome lassen sich auch zwischen die Elektroden klein gebauter Akkus schieben. Man könne sich das vorstellen wie ein Buch, zwischen dessen Seiten Staubkörnchen liegen, erklärt Peter Weinberger.
Bewegliche Anziehungskraft
Noch ein Element, ohne das es viele moderne Technologien nicht gäbe, ist Neodym. Es ist so stark magnetisch, dass es das Tausendfache seines Gewichts tragen kann. Starke Magnete braucht man in Motoren zum Auslesen von Computerfestplatten genauso wie für Elektroautos - mit Neodym lässt sich all das kleiner bauen. Auch für eine Zukunft mit erneuerbare Energien ist Neodym darum ein wichtiges Element: Bei Windturbinen beispielsweise brauche man sie im Generator, sonst würde der obere Teil viel zu schwer wiegen, sagt Peter Weinberger.
Leider, meint Weinberger, sei uns gar nicht bewusst, wie viele Elemente wir für all die neuen und schrumpfenden Technologien brauchen und verbrauchen, und handeln darum auch nicht vorausschauend genug: „Das alles nicht zu recyclen, ist ein dummer Fehler. Es ist aber immer Frage des Geldes, und solange kein Engpass herrscht, beginnen Menschen nicht umzudenken.“
Isabella Ferenci, Ö1-Wissenschaft