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38. Strontium (Sr): Das Feuerwerk-Element · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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produzieren. Kennst du schon unsere anderen
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Podcastreihen wie Wissensreise durch die Uhrzeit oder
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Wissensreise durch die Länder der Erde Thema heute Strontium
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Sr. Das Feuerwerk Element wenn in
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einer Sommernacht der Himmel in leuchtendem Rot erstrahlt, wenn
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Feuerwerkskörper ihre prachtvollen roten Kaskaden in
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die Dunkelheit zeichnen und das Publikum unten kollektiv den
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Atem anhält, dann ist mit großer Wahrscheinlichkeit ein Element
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am Werk, das die meisten Menschen zwar sehen, aber kaum
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kennen. Strontium es ist ein Metall, das
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im Verborgenen wirkt. Und doch, bei festlichen
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Anlässen aller Art für die schönsten Momente sorgt.
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Aber Strontium ist weit mehr als ein Pyrotechnik Zutat, es ist
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ein Element mit einer faszinierenden
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Entdeckungsgeschichte, mit einer wichtigen Rolle in Medizin,
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Geologie und Materialwissenschaft und mit
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einer dunklen Seite, die untrennbar mit der Geschichte
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der Kernwaffen verbunden ist. Heute reisen wir gemeinsam in
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die Welt dieses bemerkenswerten Erdalkalimetalls.
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Beginnen wir, wieso oft mit dem Namen Strontium verdankt, seine
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Bezeichnung einem kleinen Ort im schottischen Hochland Strontian,
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ein winziges Dorf am Ufer des Loch Sunart in Argil.
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Im Jahr 1790 untersuchten Mineralogen ein Erz aus den
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dortigen Bleibergwerken und stellten fest, dass es eine
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bisher unbekannte Substanz enthielt.
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Der schottische Chemiker Edda Crawford und sein Kollege
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William Krukschenk isolierten eine neue Erde, wie man damals
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Metalloxide nannte, aus dem Mineral Strontianit die.
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Das heute als Strontiumcarbonat Srco 3 bekannt ist.
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Doch die endgültige Isolation des reinen Metalls gelang erst 2
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Jahrzehnte später im Jahr 1808 durch den englischen Chemiker
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Sir Humphrey Davy. Davy war einer der produktivsten
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Elemente Entdecker der Geschichte.
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Mit Hilfe der Elektrolyse, einem Verfahren, bei dem elektrischer
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Strom eine Verbindung zerlegt, gelang es ihm in kurzer Zeit
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gleich mehrere neue Metalle zu isolieren, darunter Kalium,
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Natrium, Kalzium, Barium und eben Strontium.
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Für die Wissenschaft war es eine goldene Ära der Entdeckungen,
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die. Strontium trägt im
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Periodensystem das Symbol SR und die Ordnungszahl 38.
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Es gehört zur zweiten Hauptgruppe, den sogenannten
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Erdalkalimetallen, zusammen mit Beryllium, Magnesium, Calcium,
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Barium und Radium. Diese Gruppe teilt
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charakteristische Eigenschaften. Alle ihre Mitglieder sind
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silbrig weiße, reaktive Metalle, die 2 Elektronen in der
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äußersten Schale besitzen und diese bereitwillig abgeben.
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Um den stabilen Zustand der darunter liegenden vollgefüllten
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Schale zu erreichen. Strontium ist also ein typischer
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Vertreter seiner Gruppe und doch in vieler Hinsicht individuell.
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Die Atommasse von Strontium beträgt rund 87,62
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Atommasseneinheiten. Das reine Metall hat eine
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silbrig weiße Farbe und ist weich genug, um mit einem Messer
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geschnitten werden zu können. Seine Dichte liegt bei 2,64
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Gramm pro Kubikzentimeter, damit ist es leichter als die meisten
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Metalle, aber schwerer als Wasser, der Schmelzpunkt liegt
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bei 777 Grad Celsius. Der Siedepunkt bei 1382 Grad
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Celsius an der Luft oxidiert Strontium rasch.
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Es bildet zunächst eine gelbliche Oxidschicht auf seiner
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Oberfläche und bei Kontakt mit Wasser reagiert es unter Bildung
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von Strontiumhydroxid und Wasserstoffgas.
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Letzterer kann sich in höheren Konzentrationen entzünden.
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Aus diesem Grund wird reines Strontiummetall unter
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Schutzatmosphäre oder unter Kerosin gelagert.
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Strontium kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von etwa
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360 Milligramm pro Kilogramm vor, das Macht es zum Sechzehnt
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häufigsten Element in der Erdkruste, es ist damit
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keineswegs selten, es kommt in der Natur allerdings nie in
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reiner Form vor, sondern stets als Verbindung.
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Die wichtigsten Strontiumminerale sind Koelestin
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Strontiumsulfat s, RSO 4 und strontianid Strontiumcarbonat SR
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Co 3. Koelestin ist dabei das
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bedeutendere der beiden, da es die Hauptquelle für die
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industrielle Strontiumgewinnung darstellt.
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Die weltweit größten Vorkommen von Koelestin befinden sich in
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China, Spanien und Mexiko. China ist mit Abstand der größte
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Produzent und deckt mehr als 70% der weltweiten Nachfrage.
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Strontium hat 4 stabile Isotope sr 84 sr 86, sr 87 und SR 88 das
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häufigste davon ist SR 88 das rund 82,6% des natürlich
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vorkommenden Strontiums ausmacht.
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Besonders wissenschaftlich bedeutsam ist SR. 87, da es das
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Zerfallsprodukt des radioaktiven rubidium 87 ist.
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Dieses zerfällt mit einer Halbwertszeit von rund 49
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Milliarden Jahren, mehr als dreimal so lang wie das Alter
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des Universums. Durch Beta Zerfall zu Strontium
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87. Das Verhältnis von sr 87 zu sr
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86 in Gesteinen und Mineralien wird daher in der Geologie als
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Rubidium Strontium Datierung genutzt, um das Alter von
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Gesteinen zu bestimmen, die Milliarden von Jahren alt sind.
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Es ist eine der verlässlichsten Methoden der geochronologischen
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Forschung und hat uns fundamentale Einblicke in die
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Geschichte unseres Planeten ermöglicht.
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Nun zum Aspekt. Der Strontium den meisten
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Menschen am nächsten bringt, ohne dass sie es wissen.
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Die Farbe rot beim Feuerwerk, wenn Strontiumverbindungen meist
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strontiumnitrat Sr Klammer auf no 3 Klammer zu Klammer zu oder
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Strontiumcarbonat in einer heißen Flamme verbrannt werden,
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emittieren die angeregten Strontiumatome
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charakteristisches rotes Licht. Der physikalische Hintergrund
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dieses Phänomens ist die Atomemissionsspektroskopie die
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Hitze der Flamme regt die Elektronen der Strontiumatome
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auf höhere Energieniveaus an, wenn diese Elektronen in ihren
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Grundzustand zurückfallen, geben sie die aufgenommene Energie in
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Form von Lichtquanten ab, Photonen mit ganz bestimmten
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Wellenlängen, die den Farben des sichtbaren Spektrums
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entsprechen. Strontium emittiert dabei vor
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allem bei Wellenlängen zwischen etwa 605 und 690 Nanometern, was
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dem roten Bereich des sichtbaren Lichts entspricht.
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Jedes Element hat dabei sein eigenes unverwechselbares
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Spektrum, gewissermaßen seinen Lichtfingerabdruck diese
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Eigenschaft macht Strontium nicht nur für Feuerwerk
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attraktiv. Sondern auch für Signalmunition
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und Notfackeln rote Leuchtfackeln auf Schiffen und
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in Notfallausrüstungen enthalten Strontiumverbindungen, die auch
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unter schwierigen Bedingungen ein kräftiges, gut sichtbares
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rotes Licht erzeugen. Die Leuchtkraft und
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Zuverlässigkeit dieser Verbindungen hat im Laufe der
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Geschichte zweifellos Menschenleben gerettet, die.
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Doch Strontium hat neben seiner leuchtenden Seite auch eine
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ausgesprochen dunkle Geschichte. Diese ist untrennbar mit dem
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atomaren Zeitalter verbunden. Strontium, 90, ein radioaktives
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Isotop mit einer Halbwertszeit von 28,8 Jahren, entsteht als
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eines der häufigsten Spaltprodukte bei
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Kernwaffenexplosionen und in Kernreaktoren.
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Es emittiert Betastrahlung und ist aus mehreren Gründen
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besonders gefährlich für lebende Organismen.
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Der entscheidende Grund liegt in der chemischen Ähnlichkeit von
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Strontium mit Calcium, beide Elemente gehören derselben
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Hauptgruppe im Periodensystem an und haben sehr ähnliche
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Ionenradien der menschliche Körper und der Körper aller
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Wirbeltiere kann Strontium nicht zuverlässig von Calcium
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unterscheiden, das bedeutet. Wenn radioaktives Strontium 90
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über Nahrung, Wasser oder Atemluft in den Körper gelangt,
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wird es wie Calcium behandelt und in die Knochen und Zähne
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eingebaut. Dort bleibt es und strahlt über
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Jahre und Jahrzehnte beschädigt die Beta Strahlung des
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eingelagerten Strontium 90 das Knochenmark und kann Leukämie
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sowie Knochenkrebs verursachen. Während der Hochzeit der
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atmosphärischen Kernwaffentests in den 1950er und frühen 1960er
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Jahren wurde Strontium 90 in großen Mengen in die Atmosphäre
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freigesetzt und verteilte sich global.
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Es gelangte in den Boden, wurde von Pflanzen aufgenommen, von
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Nutztieren gefressen und fand schließlich seinen Weg in die
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Milch und damit in die Nahrungskette.
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Messungen in den Zähnen von Kindern, die in dieser Zeit
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geboren wurden, zeigten weltweit erhöhte Strontium 90 Werte.
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Diese erschreckenden Befunde trugen wesentlich dazu bei, die
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öffentliche Meinung gegen Kernwaffentests zu mobilisieren
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und führten 1963 zum Parshall Nuclear Test Ban Treaty, dem
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Vertrag, der atmosphärische, ozeanische und
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Extraterrestrische Kernwaffentests verbot.
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Strontium 90 war mithin nicht nur ein Umweltgift, sondern auch
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ein politischer Katalysator. Nach schweren nuklearen Unfällen
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wie Tschernobyl, 1986 und Fukushima 2011 war Strontium 90
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neben caesium 137 eines der meistgemessenen radioaktiven
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Kontaminanten in der Umgebung. Die Überwachung von Strontium,
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90 in Böden, Gewässern und Lebensmitteln ist daher bis
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heute ein wichtiger Bestandteil des nuklearen Strahlenschutzes.
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Dabei ist es wichtig, 2 Dinge auseinander zu halten, das
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natürlich vorkommende stabile Strontium, das in vielen
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Nahrungsmitteln vorkommt und für den menschlichen Körper in
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normalen Mengen völlig harmlos ist.
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Und das radioaktive Strontium 90, das ein rein technogenes
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Kontaminationsprodukt ist. Normales Strontium, wie es in
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Meeresfrüchten, Getreide, Gemüse und Milchprodukten vorkommt, ist
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kein Gesundheitsrisiko. Das führt uns zu einem weiteren,
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deutlich erfreulicheren Kapitel der Strontiumgeschichte seiner
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medizinischen Bedeutung. Strontiumranilat eine Verbindung
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aus Strontium und Ranelinsäure wurde in den frühen
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zweitausender Jahren als Medikament zur Behandlung von
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Osteoporose entwickelt und zugelassen.
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Osteoporose ist eine Erkrankung, bei der die Knochendichte
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abnimmt und das Risiko für Knochenbrüche steigt, eine der
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häufigsten altersbedingten Erkrankungen, von der weltweit
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hunderte Millionen Menschen. Überwiegend Frauen nach der
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Menopause betroffen sind strontiumranelat wirkt auf eine
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doppelte Weise. Es hemmt den Knochenabbau durch
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Osteoklasten und fördert gleichzeitig den Knochenaufbau
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durch Osteoblasten. Klinische Studien zeigten eine
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signifikante Reduktion des Frakturrisikos das Medikament
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wurde unter dem Handelsnamen Protelos vertrieben.
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Allerdings zeigte sich im Laufe der Zeit, dass Strontium Ranelat
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mit einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse wie
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Herzinfarkt und Thrombosen verbunden ist.
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Die Europäische Arzneimittelagentur schränkte
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daher die Zulassung des Medikaments erheblich ein und in
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vielen Ländern wurde es schließlich vom Markt genommen
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oder steht nur noch unter strengen Auflagen zur Verfügung.
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Die Geschichte von Strontiumranellat illustriert
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exemplarisch die Komplexität der modernen Pharmakologie.
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Ein Wirkstoff, der in einer Hinsicht vielversprechend ist,
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kann in anderer Hinsicht unerwünschte Risiken bergen,
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Strontiumchlorid hingegen findet eine ganz andere medizinische
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Anwendung als Wirkstoff in bestimmten Zahnpasten für
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empfindliche Zähne. Strontium Ionen können in die
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Dentintubuli die feinen Kanälchen im Dentin des Zahns,
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die bei freiliegenden Zahnhälsen für Schmerzempfindlichkeit
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verantwortlich sind, eindringen und diese Kanälchen versiegeln.
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Dadurch wird der Schmerzreiz bei Kontakt mit heißen, kalten oder
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süßen Speisen reduziert, diese Anwendung ist deutlich
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unspektakulärer als Feuerwerk oder Osteoporose Therapie.
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Aber im Alltag von Millionen von Menschen täglich präsent in der
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Materialwissenschaft und Industrie, spielt Strontium
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ebenfalls eine wichtige Rolle, die oft übersehen wird.
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Eine bedeutende Anwendung liegt in der
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Aluminiumlegierungsmetallurgie, wenn kleine Mengen Strontium
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typischerweise zwischen 0,005 und 0,05%.
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Zu Aluminiumsiliciumlegierungen zugegeben werden verändert sich
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die Mikrostruktur des erstarrenden Metalls
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grundlegend. Ohne Strontium bildet das
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Silicium beim Erstarren grobe, nadelige Kristalle, die die
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mechanischen Eigenschaften der Legierung beeinträchtigen.
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Mit Strontium hingegen wird die Siliziumphase veredelt.
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Die Kristalle werden feiner und gleichmäßiger verteilt, was die
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Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitbarkeit des Aluminiums
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verbessert. Diese Technik wird in der
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Automobilindustrie breit eingesetzt, beispielsweise für
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motorblöcke, Zylinderköpfe und Räder aus Aluminiumguss.
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Strontium Titanat SRTIO 3 ist ein weiteres industriell
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relevantes Strontiumprodukt. Es ist ein synthetischer
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Edelstein, der in den 1900 50er Jahren als Diamantersatz
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eingesetzt wurde, bevor Kubisches Zirkoniumoxid diesen
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Platz übernahm. Strontium Titanat hat einen
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optischen Brechungsindex, der höher ist als der von Diamant
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und ein stärkeres Lichtbrechungsvermögen.
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Es funkelt sogar mehr als ein echter Diamant.
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Als Schmuckstein hat es heute kaum noch praktische Bedeutung,
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aber als technisches Keramikmaterial ist es äußerst
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wertvoll. Es wird in der
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Elektronikindustrie als elektrisches Material, in
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Kondensatoren und als Substrat für Supraleitende Dünnfilme
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eingesetzt. Strontiumferid srfe 12 u 19 ist
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ein wichtiges Permanentmagnetmaterial.
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Es gehört zu den Hexaferiten und wird weltweit in großen Mengen
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für einfache Permanentmagnete in Elektromotoren, Lautsprechern,
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Kühlschrankmagneten und Magnetverschlüssen verwendet.
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Obwohl leistungsstärkere, selten Erdmagnete aus Neodym oder
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samarium Kobalt in vielen Hochleistungsanwendungen
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Strontiumferid verdrängt haben, ist letzteres aufgrund seines
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deutlich niedrigeren Preises und seiner chemischen Stabilität
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nach wie vor das Volumenmäßig am meisten produzierte
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Magnetmaterial der Welt. In der Forschung, der
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Quantenphysik und Atomuhrentechnologie hat
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Strontium in den vergangenen Jahren eine bemerkenswerte
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Karriere gemacht. Optische Gitteruhren auf Basis
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von Strontium 87 gehören zu den Präzisesten Zeitmessgeräten, die
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die Menschheit je gebaut hat. In diesen Uhren werden Tausende
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von Strontiumatomen in einem optischen Gitter.
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Einem durch Laserlicht erzeugten dreidimensionalen Käfig aus
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Lichtfeldern gefangen und auf eine bestimmte
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Elektronenübergangsfrequenz abgestimmt.
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Die Schwingungsfrequenz dieses Übergangs bei rund 429 Billionen
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Hertz dient als Taktgeber. Optische Strontiumuhren sind so
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präzise, dass sie in 15 Milliarden Jahren, also einer
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Zeitspanne, die dem Alter des Universums entspricht, weniger
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als eine Sekunde abweichen würden.
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Diese extremen Präzisionsmessungen sind nicht
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nur akademisch interessant, sondern finden praktische
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Anwendung in der Navigationstechnologie, in der
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Grundlagenforschung, der Physik und bei Tests der Allgemeinen
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Relativitätstheorie. Die Relativitätstheorie, das ist
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ein schöner Übergang zu einem letzten Aspekt.
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Einstein zeigte, dass Zeit nicht absolut ist.
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In stärkeren Gravitationsfeldern vergeht die Zeit langsamer,
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optische Strontiumuhren sind so präzise, dass sie diesen Effekt
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messen können. A hätten schon ein
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Höhenunterschied von wenigen Zentimetern zwischen 2 Uhren
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führt zu einem messbaren Unterschied in der Gangrate.
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Diese Messungen ermöglichen es gravitationsbedingte
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Zeitdilatation direkt zu beobachten und die allgemeine
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Relativitätstheorie mit bisher unerreichter Genauigkeit zu
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überprüfen. Strontium das Rote Feuerwerks
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Element, steckt also auch mitten in den tiefsten Fragen der
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modernen Physik. Strontium ist in gewisser Weise
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ein Spiegelbild unserer Zivilisation.
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Es leuchtet in Rot bei Festen und feiern, es stärkt die
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Knochen der alternden, es härtet das Aluminium unserer Autos,
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hält Magnete in unseren Alltagsgeräten zusammen und
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misst die Zeit mit kosmischer Präzision.
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Aber es trägt auch die Narben unserer gefährlichsten
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Erfindungen in sich. Radioaktive Spuren in Böden und
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Knochen als stumme Zeugen der nuklearen Versuche des 20
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Jahrhunderts, gerade diese dunkle Seite des Strontiums
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erinnert uns daran, wie fragil das Gleichgewicht ist, das uns
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trägt, die Erde, ihre Böden, ihre Gewässer, ihre Luft, all
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das ist nicht selbstverständlich.
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Es braucht Gesellschaften, die diese Güter bewusst schützen,
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die aus der Geschichte lernen und die Entscheidungsträgerinnen
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und Entscheidungsträger zur Verantwortung ziehen.
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Der Schutz unserer natürlichen Lebensgrundlagen und der Erhalt
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offener demokratischer Gemeinschaften, in denen solche
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Entscheidungen transparent und im Interesse aller getroffen
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werden, sind keine abstrakten Ideale.
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Sie sind die Voraussetzung dafür, dass künftige
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Generationen noch in einer Welt leben können, in der Strontium
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nur als leuchtendes Rot am Nachthimmel bekannt ist und
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nicht als radioaktives Erbe menschlicher Kurzsichtigkeit.
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Danke, dass du heute dabei warst, auf unserer Wissensreise
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durch das Periodensystem der Elemente, wenn dir diese Folge
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gefallen hat, dann. Teile Sie gerne und hinterlasse
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uns eine Bewertung. Das hilft uns sehr, diesen
21:28
Podcast weiterzuführen und neue Folgen zu produzieren, bis zum
21:32
nächsten Mal.