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Extremfall unter Elementen

Archivartikel

Mit Fluor, dem chemischen Nachbarelement von Sauerstoff, brennt quasi alles. Sogar Stein und Stahl. An der Universität Marburg forscht der Chemiker Florian Kraus an Verbindungen mit Fluor – und trägt zum Schutz manchmal ein Kettenhemd.

Sogar Pflastersteine entzünden sich. Und das Experiment wird so heiß, dass der Stein brodelt. „Wie ein Vulkan brennt das“, erklärt Chemiker Florian Kraus, der den Versuch zur Sicherheit nur im Video zeigt. Für ein normales Feuer braucht es Sauerstoff zum Verbrennen. Soweit bekannt. Das chemische Nachbarelement des Sauerstoffs ist Fluor und mit ihm brennt fast alles: Steine, Stahl – einfach alles. „Das Fluor ist das reaktivste Element, das wir kennen“, erklärt Kraus, der an der Universität Marburg an chemischen Verbindungen mit Fluor forscht.

Das Element Fluor ist aus vielen Stoffen und Produkten nicht wegzudenken. Zahnpasta, Teflonpfannen, atmungsaktive Outdoor-Textilien: Viele technische Gegenstände profitieren davon, dass das reaktivste Element mitunter sehr funktionale und stabile Verbindungen eingeht – wenn es denn mal durchreagiert ist. Da das Fluor ein Extremfall unter den chemischen Elementen darstellt, will Grundlagenforscher Kraus, möglichst viel über das oberste Element in der siebten Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente herausfinden.

Sicheren Umgang verbessern

Das Periodensystem sortiert die chemischen Elemente gewissermaßen nach der Zahl der Außenelektronen, und Fluor steht dort – neben dem Sauerstoff – an einer Stelle, die charakteristisch ist für eines: möglichst rasch und brachial die Elektronen anderer Verbindungspartner an sich zu reißen. Der Chemieprofessor Kraus will allerdings nicht nur Grundlegendes zu Fluor und seinen explosiven Verbindungen erforschen, er möchte auch den sicheren Umgang mit dem Gas verbessern. Denn wo Fluor technisch eingesetzt ist, da muss es auch transportiert und umgefüllt werden.

Bedarf an Informationen zu Stoffen und ihrem Verhalten hat beispielsweise die Feuerwehr: „Bei Einsätzen mit Chemikalien sind die Feuerwehren oft mit Stoffen und Gemischen konfrontiert, deren genaue Reaktionen am Schadensort nicht vorhersehbar sind“, sagt Carmen Werner, die Leiterin der Feuerwehr in Marburg. Bei einem Brand werden Chemikalien darüber hinaus noch stark thermisch aufbereitet, was heftige Reaktionen fördere. „Jede Erkenntnis, die wir aus den Forschungsergebnissen ableiten können, führt zu einer höheren Sicherheit für unsere Einsatzkräfte“, sagt Werner.

„Beim elementaren Fluor ist schon bei Zimmertemperatur genug Wärme vorhanden, um ein Feuer zu beginnen“, erklärt Kraus. Der Chemiker muss „das reaktivste Element, das die Natur kennt“ also apparatetechnisch zähmen: Sein Team arbeitet mit kleinsten, etwa Erbsen-großen Mengen. Die Labors sind hinter Stahltüren und Betonmauern besonders gut abgeschirmt. Außerdem gibt es je nach Experiment diverse Schutzkleidung, in seltenen Fällen bis hin zum Kettenhemd. Sauberkeit ist Trumpf. Denn Fluor reagiert etwa mit Fingerfett sofort zu Flusssäure (Verbindung: HF). Die Reaktion erzeugt lokale Wärme, dann brennt eventuell noch mehr. Bei großen Stoffmengen würde sogar Stahl wegbrennen. „Auch das Löschwasser brennt“, sagt Kraus.

Natürlich sind da militärische Anwendungen nicht weit. Nicht bei Kraus, sondern in der Vergangenheit. Die Nazis haben wohl mit äußerst reaktiven Fluorverbindungen hantiert, etwa Chlorfluorid (ClF3). Doch das Handling war zu brenzlig. Als Raketentreibstoff testete es die Nasa. Heute ist ClF3 ein wichtiges Ätzgas für die Halbleiterindustrie und wird auch im Edelmetall-Recycling eingesetzt.

Kraus setzt aber noch eins drauf: Er will die Reaktionen von Fluor bei hohen Temperaturen bis 400 Grad Celsius und Druck bis 100 bar testen. Dazu baut die Werkstatt in seinem Institut spezielle, sichere Metallbehältnisse, worin sich die Reaktionen abspielen. Darin möchte der Grundlagenforscher ganz neue Verbindungen des Fluors herstellen. „Die Wahrscheinlichkeit, dass der neue Stoff eine Anwendung findet, ist beliebig klein“, erklärt Kraus.

Bislang nur wenig bekannt

Doch bei der offenen Grundlagenforschung kann man nie wissen, was spätere Generation für Erkenntnisse aus den Ergebnissen ziehen können. Jedenfalls ist immer noch so wenig über das reaktivste Element des Universums bekannt, dass es sich lohnt, mehr Details seines Verhaltens heraus zu finden.

Dafür hat Forscher Kraus von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eine Fördersumme von 750 000 Euro für „in hohem Maße innovative und im positiven Sinne risikobehaftete Projekte“ bekommen. Risikoforschung meint hier ganz schlicht die Chance, wenn etwas heraus kommt, dann „ist das gleich bahnbrechend“, hofft der Chemieprofessor Kraus.