Leute, das ist schon eine Weile her. Schauen wir mal, wie es Patty geht …
Patty starrte auf ihre neue Apple® Watch und war begeistert. Am meisten freute sie, dass sie gar nicht damit gerechnet hatte, begeistert zu sein. Sie hatte viele verhaltene Kritiken gehört und war darauf vorbereitet, nicht beeindruckt zu sein. Aber bisher war sie total begeistert davon. Zugegeben, ihr iPhone 5 musste in der Nähe sein. Doch mit einem Blick konnte sie SMS lesen, ihre Fitnessfortschritte des Tages einsehen, die Außentemperatur ablesen, ihre Termine des Tages überprüfen, den Taschenrechner der Uhr nutzen und vieles mehr. Sie benutzte sie ständig. Es war einfach bequemer, als ihr iPhone aus der Handtasche zu holen. Außerdem war die Akkulaufzeit viel besser als erwartet. Am Ende des Tages hatte sie noch zwei Drittel der Akkuladung übrig.
Sie kicherte vor sich hin, als sie das Uhrenarmband betrachtete. Uhrenarmbänder gibt es schon seit Jahrzehnten, und sie haben diesen nervigen Stift, mit dem das Armband an der Uhr befestigt wird. Typisch Apple, das perfekte Uhrenarmband zu entwerfen. Auf der Rückseite der Uhr befindet sich eine kleine Vertiefung. Drückt man darauf, gleitet das Armband heraus. Wenn man es wieder einführt, sitzt es sehr fest. Aber das Beste an der Uhr war, dass sie umsonst war! Der Dozent bat sie, in einem Kurs namens „Everyday Technology“ einen 30-minütigen Vortrag über die Apple Watch zu halten. Als Honorar wurde die Uhr von der Hochschule bezahlt. Und sie durfte sie behalten.
Das Apple Watch-Armband lässt sich leicht austauschen und ist robust. Bildquelle.
Da Patty in diesem Semester keine Vorlesungen hielt, erklärte sie sich bereit, auch in einem anderen Kurs – „Materialien: Die Substanz der Zivilisation“ – eine Vorlesung zu halten, da der Dozent dieses Kurses für einige Tage auf einer Tagung war. Es freute Patty, dass sie so gut in die Kultur der Ingenieursfakultät integriert war, dass diese beiden Dozenten sie baten, an ihren Lehrveranstaltungen mitzuwirken.
Ein Teil ihres Vortrags befasste sich mit MendelejewsEntwicklung des Periodensystems. Der Dozent schlug ihr vor, eine zehnminütige Videosequenz aus Stephen Hawkings DVD „Universe“ zu verwenden. In dem Video wurde gezeigt, wie Mendelejew das Atomgewicht und den Namen des Elements auf ein Stück Papier von etwa der Größe einer Karte schrieb. Anschließend ordnete er die Elemente nach ihrem Atomgewicht und ihren physikalischen Eigenschaften an, woraus schließlich das Periodensystem entstand.
Als Patty sich das Video ansah, bemerkte sie, wie der Schauspieler die Karte mit dem Element Indium hinlegte.
„Moment mal“, dachte sie, „war Indium zu diesem Zeitpunkt schon entdeckt worden?“
Sie begann sich zunehmend für Indium zu interessieren, da ihr Mann Rob gerade an seiner Doktorarbeit über Indium-Zinn-Oxid (ITO) arbeitete. Sie recherchierte ein wenig und fand heraus, dass Indium 1863 entdeckt wurde, sechs Jahre bevor Mendelejew seine bahnbrechende Arbeit zum Periodensystem verfasste. Das Video war also doch richtig.
Mendelejew zur Zeit seiner Entdeckung des Periodensystems.
Im weiteren Verlauf des Videos wies der Sprecher darauf hin, dass Mendelejews erstes Periodensystem Lücken aufwies und dass Mendelejew vorausgesagt hatte, dass mit der Zeit Elemente entdeckt würden, die diese Lücken füllen würden.
Patty fand ein TedEd-Video, das ihrer Meinung nach Mendelejews Arbeit noch besser erklärte als das Video mit Stephen Hawking. Besonders beeindruckend fand Patty, dass Mendelejew die Eigenschaften der unbekannten Elemente anhand ihrer Position im Periodensystem vorhersagte. Das Video weist darauf hin, dass er die Entdeckung eines Elements mit einer Atommasse von etwa 68 vorhersagte. Er nannte dieses Element Eka-Aluminium, da es sich in derselben Periode und eine Reihe unterhalb von Aluminium befand. Im Jahr 1871 sagte er voraus, dass es eine Dichte von 6 g/cm³ haben, bei einer niedrigen Temperatur schmelzen, Wärme gut leiten und ein glänzendes Metall sein würde. All diese Eigenschaften sagte er mit unheimlicher Genauigkeit voraus, als Eka-Aluminium – oder Gallium – nur vier Jahre später, im Jahr 1875, entdeckt wurde.
Mendelejews Periodensystem von 1871. Da die Ordnungszahlen damals noch nicht bekannt waren, verwendete er die Atommasse. Bildquelle.
Beachten Sie, dass es kein Element mit der Atommasse 68 gibt. Gallium wurde hier erst 1875 eingefügt.
Patty kannte sich mit Gallium aus, da Rob sich in seinem Studium mit diesem Element beschäftigt hatte; es wird nämlich häufig zusammen mit Indium bei der Herstellung von Halbleiterlasern und LEDs verwendet. Sie erinnerte sich vage daran, dass Rob von der Bedeutung von Gallium begeistert gewesen war, konnte sich aber nicht mehr genau daran erinnern, warum.
Der Tag verging wie im Flug, und ehe sie sich versah, stand sie schon in ihrer Einfahrt und war gespannt, welche Abenteuer der Abend bereithalten würde. Rob war früh angekommen und bereitete gerade sein Spezialgericht zu: hausgemachte Mac and Cheese. Es war die knusprige Variante, und Patty roch den verlockenden Duft, als sie ihr Haus betrat. Nach dem Abendessen folgte kurz darauf die Familienzeit. Rob und Patty hatten vereinbart, dass sie Gespräche über die Arbeit auf ein Minimum beschränken und sich stattdessen auf familiäre Dinge mit ihren beiden kleinen Söhnen konzentrieren würden. Es war Dienstag, also Spanisch-Tag bei ihnen zu Hause. Am Spanisch-Tag sprachen sie ausschließlich Spanisch. Ihre Zwillinge sprachen und verstanden bereits Spanisch und Mandarin (Donnerstag war Mandarin-Tag) recht gut.
Um 20 Uhr lagen die Jungs schon im Bett, und Patty konnte es kaum erwarten, Rob von Mendelejew und Eka-Aluminium zu erzählen. Nachdem sie ihm die ganze Geschichte erzählt hatte, fuhr sie fort.
„Ich finde es nach wie vor wirklich beeindruckend, dass Mendelejew nicht nur vorhersagen konnte, dass Gallium existieren muss, sondern auch dessen tatsächliche physikalische Eigenschaften so treffend beschrieb“, meinte Patty.
„Da stimme ich zu. Denk mal darüber nach. Als er diese Vorhersage machte, wusste man noch fast nichts über Materialien. Die Wissenschaftler waren sich nicht einmal einig, ob Atome überhaupt existierten. Du und ich haben zwar Kurse in Festkörperphysik belegt, aber wir wären wahrscheinlich nicht in der Lage, das zu tun, was er getan hat“, antwortete Rob.
„Gallium ist derzeit ein äußerst wichtiger Werkstoff, da es in Halbleiterlasern und insbesondere in der LED-Beleuchtung zum Einsatz kommt. Ohne Gallium gäbe es keine weiße LED-Beleuchtung – denn zur Herstellung von blauen Lasern wird Galliumnitrid benötigt“, fuhr Rob fort.
„Moment mal! Du hast erst von weißem Licht gesprochen, dann von blauem Licht – ich bin jetzt verwirrt“, unterbrach Patty ihn.
„Es gibt keine weißen LEDs. Weißes Licht kann nur aus roten, grünen und blauen LEDs erzeugt werden. Blaue LEDs werden aus Galliumnitrid hergestellt“, antwortete Rob.
„Ich weiß, dass weiße LED-Beleuchtung für die Zukunft wichtig ist, da sie Strom spart. Aber das grelle blau-weiße Licht der ersten LED-Lampen hat mir nicht gefallen. Die Technologie verbessert sich jedoch“, antwortete Patty.
„Ich habe gelesen, dass etwa 20 % des gesamten Stromverbrauchs auf die Beleuchtung entfallen und dass LEDs pro Lumen nur etwaein Siebtel der Energie verbrauchen, die Glühlampen benötigen. Wenn man darüber nachdenkt, ist Gallium ein wichtiger Werkstoff der Zukunft“, fuhr Rob fort.
„Ich frage mich, ob Mendelejew geahnt hätte, dass sein vorhergesagtes Eka-Aluminium, auch bekannt als Gallium, einmal so wichtig werden würde“, sagte Patty mit einem leisen Lachen.
Zum Wohl,
Dr. Ron
