Erstaunliche Fakten aus den Naturwissenschaften

Ich bin ja jemand, der oft und gerne in populärwissenschaftlichen Veröffentlichungen stöbert, weil man dort ganz erstaunliche Dinge über die Zusammenhänge in unserer Welt erfährt. Für sich genommen sind sie oft keinen eigenen Thread wert, und in bestehende passt es ebenso oft nicht rein. Daher dachte ich mir, einen eigenen "Sammelthread" zu eröffnen, in dem solche Beiträge wie der Folgende "verewigt" und bestaunt werden können.

Anfangen möchte ich mit einem Artikel über ein chemisches Element, welches jeder von uns kennt, bzw. zu kennen glaubt(e). :D

https://www.spektrum.de/news/seltene-art-von-gold-in-allerweltsmaterial-entdeckt/2189232?utm_source=pocket-newtab-de-de#Echobox=1696954637

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Quelle

Was ich z.B. noch nicht wusste ist, dass Goldatome aufgrund ihrer starken positiven Ladung der Kerns, die Elektronen so stark anziehen, dass die inneren Elektronen sich sehr dicht am Kern mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Und wann immer sich etwas signifikannt der LG nähert, lassen die relativistischen Effekte nicht lange auf sich warten. In diesem Fall spreche ich von der relativistischen Zunahme der kinetischen Energie bei den Elektronen, früher sprach man auch von einer rel. Massenzunahme, was nach neuesten Definitionen jedoch inkorrekt ist.

Infolge dieser Energiezunahme rücken die Elektronen noch näher an den Kern, und schirmen die Ladung des Kerns stärker ab, so das die äußeren Elektronen weniger stark gebunden sind. Und eben diese äußeren Elektronen bestimmen aber viele der chemischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Gold. Unter anderem verleihen diese Eigenschaften dem Gold auch seine charakteristische Farbe.

Und obwohl wir so große Schwierigkeiten damit haben, die Relativitätstheorien mit der Quantenmechanik zu vereinen, zeigt uns dieses Beispiel eindrucksvoll, dass es in der Natur offensichtlich funktioniert.

Ich freue mich schon auf ähnliche Funde aus den Tiefen des www...

Ja, das ist kurios.

Der gleiche relativistische Effekt bewirkt, dass Quecksilber bei Raumtemperatur flüssig ist.

Die 6s Elektronen werden sehr nah an den Kern gezogen, sodass sich der Atomradius verkleinert.
Zusätzlich ist die 6s Schale voll gefüllt. Hg ähnelt darum den Edelgasen und ist relativ inert.

Genau so einen Thread hat Allmy gebraucht! Drei Wochen ist es her, dass ich gelernt habe, was EOTRH ist: eine Gebisserkrankung beim Pferd, das 12 Schneidezähne hat, irgendetwas mit Hyperzementose; eine Bekannte, studierte Kunstpädagogin, arbeitet beim Pferdezahnarzt und ...

Für eine Threaderstellung war das aber nicht erbaulich genug. Hier lieber noch ein paar goldige Fakten:

Kilonova • Kollision von Sternleichen • Gravitationswelle • GammaRayBurst • vAzS(92) | Josef Gaßner

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GOLD in KÖNIGSWASSER auflösen [𝟰𝗞] | JJChemistry

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Falls jemand sehen will, wie man Gold in Essig auflöst, wie Königswasser funktioniert und warum es das unedlere Silber nicht angreift, in diesem kurzen Video kommt man eindrucksvoll auf seine Kosten.

Wie im Video erklärt, ist Königswasser aggressiver als Salzsäure und Salpetersäure, weil bei der Reaktion der beiden Bestandteile naszierendesChlor geboren wird:


Stellt sich die Frage: Wenn man Salzsäure (HCl) durch Flusssäure (HF) ersetzt, sollte dabei analog naszierendes Chlor gebildet werden, das noch mehr elektronegativ als Chlor ist.

Kaiserwasser, gibt es das? :freibier:

Sorry, Typo in der Formel: HNO_3 enthält selbstverständlich kein Iod.

@Mr.Stielz
Fluor ist eins der stärksten Oxidationsmittel, die es gibt (Standartpotential: 2.87 V, zum Vergleich Chlor: 1.36 V). Eine chemische Darstellung von Fluor ist daher praktisch nicht möglich.

Außerdem ist Flusssäure aufgrund ihrer Giftigkeit eine ganz ecklige Säure, mit der man Freiwillig nicht unbedingt arbeiten will.

Außerdem sollte man die Wirkung des Chlorids als komplexbildner mit Gold nicht unterschätzen.

Hallo @Peter0167, dass ist eine spannendes Thema.


Klugscheissermodus an**

Peter0167 schrieb am 16.10.2023:Und obwohl wir so große Schwierigkeiten damit haben, die Relativitätstheorien mit der Quantenmechanik zu vereinen, zeigt uns dieses Beispiel eindrucksvoll, dass es in der Natur offensichtlich funktioniert.

Die spezielle Relativitätstheorie hat sich gut mit der QM vereinigen lassen (Dirac 1928: Dirac-Gleichung ). Es ist eigentlich "nur" die Allgemeine Relativitätstheorie die sich etwas anstellt.
Klugscheissermodus aus ** :-)

Interessant ist auch diese WIki-Seite:
Wikipedia: Relativistischer Effekt#Relativistische Effekte im Atom

aber eigentlich noch interessanter der englische Gegenpart:
Wikipedia: Relativistic quantum chemistry

Ohne Relativitätstheorie wäre zu erwarten, dass sich Blei (Z = 82) ähnlich wie Zinn (Z = 50) verhält, sodass Zinn-Säure-Batterien genauso gut funktionieren sollten wie die üblicherweise in Autos verwendeten Blei-Säure-Batterien. Berechnungen zeigen jedoch, dass etwa 10 V der 12 V, die eine 6-Zellen-Blei-Säure-Batterie erzeugt, rein auf relativistische Effekte zurückzuführen sind, was erklärt, warum Zinn-Säure-Batterien nicht funktionieren.[17]

Quelle: Google Übersetzt von Wikipedia: Relativistic quantum chemistry#Lead–acid battery

@Chemik
Schade. Auch wenn Flusssäure eklig ist und Königswasser in der Praxis reicht, hätte mich interessiert, ob es "besseres" gibt. Naszierendes Fluor scheint nicht einmal Google zu kennen, Fluor steht auf der Liste im Video ganz unten. Darüber zweifach oxidiertes Blei und Mangan, aber ich vermute, die beiden sind nicht nur mangels Lösbarkeit schlecht als Säure brauchbar.

Bleiben zwei Fragen: Auf der anderen Seite des Spektrums steht Lithium als Elektronendonator. Warum reagiert Lithium nicht mit Gold als Akzeptor? (Schalenmodell, mit nur einem äußeren Elektron bei Gold, ist mir heute unbefriedigend) Und: Warum bleibt im Königswasser ausgerechnet der reaktionsfreudigste Teilnehmer ohne Koalitionspartner?

@Mr.Stielz
Irgendwie redest du in deinem Beitrag ganz schön wirr.

Mr.Stielz schrieb:Schade. Auch wenn Flusssäure eklig ist und Königswasser in der Praxis reicht, hätte mich interessiert, ob es "besseres" gibt. Naszierendes Fluor scheint nicht einmal Google zu kennen, Fluor steht auf der Liste im Video ganz unten. Darüber zweifach oxidiertes Blei und Mangan, aber ich vermute, die beiden sind nicht nur mangels Lösbarkeit schlecht als Säure brauchbar.

Reaktiver heisst ja nicht besser. Du willst ja in der Chemie idR eine bestimmte Reaktion machen. Warum solltest du dann Reagenzien einsetzen, die mit praktisch allem reagieren. Normalerweise vesucht man die Reaktionsbedingungen so mild zu halten wie es geht. Zu Substanzen wie Königswasser greifst du nur, wenn es anders nicht geht.

Und Fluor ist von sich aus schon reaktiv genug. Da muss nicht erst naszierend sein.

Mr.Stielz schrieb:Bleiben zwei Fragen: Auf der anderen Seite des Spektrums steht Lithium als Elektronendonator. Warum reagiert Lithium nicht mit Gold als Akzeptor?

Lithium würde wenn mit Goldkationen reagieren: Au³⁺ + 3 Li -> Au + 3 Li⁺.
Aber auch Li ist sehr reaktiv. Reagiert sogar mit dem Stickstoff in der Luft.

Mr.Stielz schrieb:Und: Warum bleibt im Königswasser ausgerechnet der reaktionsfreudigste Teilnehmer ohne Koalitionspartner?

Welcher "reaktionsfreudigste Teilnehmer"? (Li ist in Königwasser nicht drin)

@Chemik
Ja, schon klar, dass man im Normalfall zum mildesten Mittel greift, das Problem zu erschlagen. Die Frage nach "Besserem" war akademischer Natur.

Chemik schrieb:Und Fluor ist von sich aus schon reaktiv genug. Da muss nicht erst naszierend sein.

Unglaublich! "Gut genug", sogar für Gold! Gold(III)-fluorid Eben dafür wurde dieser Thread geschaffen, so etwas lernt man in der Schule nicht. :D

Mr.Stielz schrieb:) Und: Warum bleibt im Königswasser ausgerechnet der reaktionsfreudigste Teilnehmer ohne Koalitionspartner?

Chemik schrieb:Welcher "reaktionsfreudigste Teilnehmer"? (Li ist in Königwasser nicht drin)

Es ging um das naszierende Chlor, das im Königswasser übrigbleibt. Irgendwie widersinnig, oder?

Mr.Stielz schrieb:Die Frage nach "Besserem" war akademischer Natur.

Gerade wenn es um das Auflösungsvermögen gegenüber Gold geht ist die Oxidationsstärke gar nicht das maßgeblich entscheidende. Wichtig ist vorallem die Stabilisierung des Gold(III) Kations durch das Chlorid. Das besondere am Königswasser ist, dass es beides kann und daher so wirksam ist.

Mr.Stielz schrieb:Unglaublich! "Gut genug", sogar für Gold! Gold(III)-fluorid Eben dafür wurde dieser Thread geschaffen, so etwas lernt man in der Schule nicht

Fluor reagiert sogar mit den höheren Edelgasen: https://de.wikipedia.org/wiki/Xenondifluorid

Mr.Stielz schrieb:Es ging um das naszierende Chlor, das im Königswasser übrigbleibt. Irgendwie widersinnig, oder?

Übrig bleibt da nichts. Ich persönlich finde des Begriff "naszierend" auch ehrlich gesagt gar nicht so gut. An sich beschreibt der nur, dass es dort zu einer Reaktion mit Intermediaten kommt, die man im Zweifelsfall nicht kennt und auch nicht isolieren kann.

The SAT Question Everyone Got Wrong

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Der Intelligenztest, den jeder Amerikaner und jeder Allmysticus falsch beantwortet -- und warum das Jahr manchmal 364 Tage hat. :D

Die Heilwirkung vom Giftgas Schwefelwasserstoff in geringer Konzentration ist seit Jahrhunderten bekannt (z.B. in Schwefelquellen), Forscher haben teilweise aufgeschlüsselt wie die Heilwirkung zustandekommt
Schwefelwasserstoff wird in geringen Mengen im Gehirn, Gefäßwänden und der Bauchspeicheldrüse produziert. Es erfüllt wichtige physiologische Funktionen, z.B. weitet es die Blutgefässe und steigert die Empfänglichkeit von Hirnschaltkreisen und entspannt die glatte Muskulatur.
Deshalb kann die geringe zusätzliche Zufuhr von Schwefelwasserstoff positive Effekte wie Senkung des Blutdrucks auslösen.

aus: Spektrum Spezial: Die geheimnisvolle Welt der Gifte
(Zeitschrift)

@parabol
In höheren Dosen ist H_{2}S aber tödlich, weil es sich stark ans Gämoglobin bindet.

Original anzeigen (25,1 MB)
Schwefelstink erinnert mich an den Eingang zur Hölle, die Solfatara bei Neapel, die man einfach erlebt haben muss. Die Römer haben dort ein Saunahäuschen gebaut; die spinnen wirklich, die Römer.

Ein Fakt, der auch den @Chemik überraschen dürfte, falls es stimmt: Chinesisches Beryllium (Be_{10}) besitzt angeblich einen strukturierten Atomkern.

Unveiling the Molecule-like Core of Beryllium-10
Man beschieße Beryllium mit Protonen und analysiere das Ergebnis. Wie man die kleinen Dinger getroffen hat, ist mir ein Rätsel. Angeblich wird eine Theorie aus den 40ern bestätigt.



(Bildquelle)

Es gibt auch dieses msm (schwefel-sulfur)pulver...habs probiert soll gegen entzündungen gut sein aber nicht wirklich ne Besserung erlebt.

Mr.Stielz schrieb:Chinesisches Beryllium (Be10Be10​) besitzt angeblich einen strukturierten Atomkern.

Unveiling the Molecule-like Core of Beryllium-10
Man beschieße Beryllium mit Protonen und analysiere das Ergebnis. Wie man die kleinen Dinger getroffen hat, ist mir ein Rätsel. Angeblich wird eine Theorie aus den 40ern bestätigt.

Interessant!
Ja, Atomkerne sind nicht immer so einfache runde Bälle, das ist schon länger bekannt. Besonders Atomkerne mit einem Überschuss an Neutronen fallen da aus dem Rahmen. Manchmal fliegt auch so ein vereinzeltes Neutron ziemlich weit entfernt vom eigentlichen Kern herum.

Was sie hier gemacht haben ist, sie haben Be-10 Kerne auf ein Target aus festem Wasserstoff geschossen, wobei dann die Wasserstoff-Protonen Alpha-Teilchen aus dem Be-Kern geschlagen haben. Durch Rückrechnung aller Impulse dieses Zerfalls konnte man den Ort der Alphateilchen im Kern wohl genau genug lokalisieren, um diese theoretisch vorhergesagte Anordnung zu bestätigen.

Ich denke, was hier ebenfalls gut rein passt und ein biologisches Phänomen darstellt, ist das sogenannte Peto's Paradox: Es besagt, dass die Anzahl an Zellen in einem Organismus nicht allgemein mit erhöhter Krebswahrscheinlichkeit korreliert. Ein Blauwal hat bspw. eine ungemein höhere Anzahl an Zellen im Vergleich zum Menschen, doch die Krebsinzidenz bei diesem ist deutlich geringer als bei uns. Warum? Man würde aus rein probabilistischen Überlegungen doch eher das Gegenteil vermuten?

Die abschließende Antwort ist Gegenstand aktueller Forschung, aber es existieren plausible Hypothesen sowie interessante Ansätze; der Mathematiker Trefor Bazett präsentiert hier ein mathematisches Modell (s.u.) dazu:

Why don't whales get more cancer? - Peto's Paradox

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Er führt eine einfache Berechnung durch und zeigt mittels des Modells, wie es wäre, wenn Menschen genau so viele Zellen hätten wie ein Blauwal bei gleichen Parametern (Wahrscheinlichkeit von Mutationen nach Zellteilung, die Mutationsrate etc.) - die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Krebs würde nahe 1 (100%) sein.

Es scheint also naheliegend, dass die evolutionäre Lösung des Problems bei "größeren" Säugetieren darin liegt, die anderen Parameter zu tweaken (bswp. durch geringere Mutationsraten). Aber da es sich um ein simples Modell handelt und noch sicherlich andere Variablen zu berücksichtigen sind, ist das lediglich ein Puzzlestück des Gesamtbildes.

Dennoch führt es uns vor Augen, wie wichtig, aber auch hochfaszinierend das Zusammenspiel zwischen empirischer Fragestellung und mathematischer Modellierung ist. Ich kann - insbesondere bei Interesse - gerne mehr Beispiele aus der mathematischen Biologie (u.a. Theoretischer Neurowissenschaft) zeigen. :) @Peter0167

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Für die mathematisch versierten oder interessierten User unter euch:

Das Modell hat die folgende Form und beschreibt die Wahrscheinlichkeit von k Mutationen in einer von N Zellen (im Modell wurde dies als Krebsinzidenz definiert):



mit Mutationsrate μ, d Anzahl an Zellteilungen, k Anzahl von Mutationen und N der Anzahl an Zellen im Organismus.

Mr.Dextar schrieb:gerne mehr Beispiele aus der mathematischen Biologie

Sehr schöner und informativer Beitrag, ich wusste bis heute noch nicht einmal, dass es so etwas wie Mathematische Biologie überhaupt gibt. :)

Das bringt mich gerade auf eine Idee ... mehr dazu demnächst in der Rubrik Unterhaltung.