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Buntmetalle: Nützliche Helfer der Menschen

Von Hans-Jörg Müllenmeister

Buntmetalle im Alltagsgebrauch sind für uns selbstverständlich – auch unwissend, weil sie selbst als Spurenelemente im Körper dem Stoffwechsel dienen, also unserer Gesundheit. Einige Politiker haben sogar einen ausgeprägt metallischen Geschmack im Munde, weil sie zu viel Blech reden. Untersuchen wir einige dieser Buntmetalle, die durch ihre spezifischen Eigenschaften Furore machen.

Cäsium, Cs – das falsche Leichtgold

Man schrieb das Jahr 1860. Gerade entdeckte man im Solnhofener Schiefer die versteinerten Überreste des 170 Millionen Jahre alten Urvogels Archäopterix. Zur gleichen Zeit entdeckten der Chemiker Bunsen mit dem Physiker Kirchhoff das Elemente Cäsium. Dies mit Hilfe eines Instruments, das beide ein Jahr zuvor ausgetüftelt hatten. Seitdem trat ihr Spektroskop den Siegeszug in der Wissenschaft und Technik an; es ermöglicht über die Spektralanalyse den Nachweis einzelner Elemente in einem Stoffgemisch. Charakteristisch wie ein Fingerabdruck, zeigte sich bei einer Stoffanalyse im Emissionsspektrum eine deutlich helle Linie bei 455,5 nm im blauen Bereich des Spektrums. Deshalb nannte Bunsen das neu entdeckte Cäsium „das Blaue“. Es gehört zu den Alkalimetallen Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Csium, Francium; mein Merksatz dazu:

Li-sa Na-hm Ka-rls Ru-bine ‒ Cä-s-ar Fr-auen

Atomar gesehen, ist Cäsium das Dickerchen unter den Atomen, denn das gut dehnbare Cs kann mit dem größten Atomradius aller stabilen Elemente aufwarten, nämlich mit 274 pm (ein Picometer ist der milliardste Teil eines Meters). Da Cäsium unter Lichteinwirkung Elektronen aussendet, macht man sich diesen fotoelektrischen Effekt zunutze, z.B. für spezielle Fotozellen, Fotomultipliern, infrarotdurchlässige Fenster und Nachtsichtgeräte. Daneben findet Cs seinen Einsatz in Katalysatoren.

Drittniedrigster Schmelzpunkt aller Metalle

In hochpräzisen Atomuhren nutzt man die Frequenz des Cäsium-Isotops Cs133. Seit 1967 ist die Zeiteinheit so definiert: Eine Sekunde entspricht exakt 192 631 770 Mikrowellen-Schwingungen des Cäsiums. Und darauf bauen unsere Atomuhren auf, nach denen sich auch unsere Funkuhren richten. In einem Jahr beträgt der Gangfehler gerade mal ein millionstel Teil einer Sekunde.

Zudem brilliert Cs als einziges Element im Periodensystem mit einer goldgelben Körperfarbe, wie sie nur dem Gold zu eigen ist. Das kuriose, extrem leichte Element ist nicht einmal doppelt so schwer wie Wasser und wartet mit weiteren Besonderheiten auf. Weil es extrem reaktiv ist, muss es, wie im Handel üblich, in Ampullen unter dem Edelgas Argon oder im Vakuum gehalten werden.

Gönnen Sie sich als „Meister der Goldverflüssigung“ unter Freunden Ihre „Uri-Geller-Show“. Dazu holen Sie eine bei Zimmertemperatur gelagerte Cäsium-Ampulle und zeigen zunächst jedem Zuschauer das feste Element Cäsium im verschmolzenen Glasröhrchen, das Sie eben wegen seiner Farbe als Gold ausgeben. Dann halten Sie die Ampulle mit beschwörenden Zauberworten in Ihrer wärmenden Faust. Mit einigem Hokuspokus öffnen Sie nach einer Weile wieder Ihre Hand: Das Metall ist inzwischen allein durch Ihre Handwärme geschmolzen. Cäsium hat nämlich nach Quecksilber und dem radioaktiven, in der Natur nicht vorkommenden Francium, den drittniedrigsten Schmelzpunkt aller Metalle. Dieser liegt bei 28,5°C und sein Siedepunkt bei 671°C. Aber achten Sie unbedingt darauf, dass aus Ihrer Zauberei kein Bombenerfolg wird, nämlich dann, wenn die Ampulle unglücklich zerbricht und das Cäsium mit Luft in Kontakt kommt.

Kupfer Cu als Spurenelement hochwirksam im eigenen Körper

Seit der Bronzezeit machte Kupfer in allen Kulturen von sich reden und später Furore in der Elektrotechnik. Als Spurenelement fristet Kupfer ein quirliges Schattendasein im Organismus. Erst im atomaren Freundschaftsspiel Kupfer versus Eisen belädt Teamkollege Fe unser Blut mit lebensnotwendigem Sauerstoff. In dem Zusammenhang: Was steckt hinter den Impfskandalen? Um Sie kurz zu beunruhigen: Es sind lebensbedrohende Impftrojaner, vor allem Quecksilber. Aber welche Bedeutung hat hier das Spurenelement Kupfer? Dahinter verbirgt sich eine makabre Geschichte.

Hämoglobin, gebildet vom Kupfer-Eisen-Team

Das Spurenelement Kupfer in unserem Körper ist an Proteinen gebunden. Es rangiert mengenmäßig (150 mg) hinter Eisen und Zink im Organismus – selbst in gesunden Zähnen und Haaren. 15% davon stecken allein in der Leber. Erst in organisch gebundener Form ist Kupfer biologisch verfügbar und gut zu resorbieren. Cu ist für Organismen essentiell. Getreide reagiert auf Kupfermangel mit tauben Ähren und verkrüppelten weißspitzigen Blättern.

Kupfer spielt vor allem eine wesentliche Rolle bei der Bildung des roten Blutfarbpigments, des Hämoglobins. Das sind die „Sauerstofftanks“ der roten Blutkörperchen – sogenannte Erythrozyten, die alle Körperzellen und Organe mit lebenswichtigem Sauerstoff versorgen. Dabei überführt Kupfer zweiwertiges zu dreiwertigem Eisen als Häm-Zentralatom.

Ungewöhnlich dagegen ist die Blutfarbe der Gliederfüßer und Weichtiere wie die der Krebse und Tintenfische. Sie präsentieren den blaublütigen Adel im Tierreich. Ihr Sauerstofftransport-Unternehmen „Hämocyanin“ – griechisch kyanos – ist himmelblau gefärbt. Der Sauerstoff im Hämocyanin ist nicht an Eisen, sondern an zwei Kupfer-Ionen gebunden. Umstritten ist, ob auch die Gattung der Pharmakraken dazu gehört, kreist doch in ihren Adern ein ganz besonderer Saft: der Dollar-grüne Mammon.

Kupfer übernimmt eine Fülle von Funktionen im Körper

Fest steht, dass Spuren von Kupfer die Vernetzung der kollagenen und elastischen Fasern im Bindegewebe fördern; zudem aktivieren sie Enzyme, die altes Bindegewebe abtransportieren.

Kupfer ist ein wichtiges Element zur Wechselwirkung von Enzymen, Hormonen und Vitaminen. Cu übernimmt in unserem Immunsystem und im zentralen Nervensystem wichtige Funktionen. Das bunte Element ist in den meisten Antikörpern Hausgast, zudem beeinflusst es im allgemeinen Allergien günstig. Schließlich unterstützt Kupfer die Aufnahme von Vitamin C und ist unentbehrlich für die Dopamin-Bildung. Eiligst vom Körper aktiviert, hemmt Kupfer Entzündungen, indem es vor Ort ausreichende Mengen kupferhaltiger Enzyme bereit stellt. Kupfer-Ionen zeigen bakterizide und fungizide Wirkung, deswegen setzt man sie in entsprechenden Mitteln gegen Bakterien und Pilzen ein. Gegen die Verbreitung gefährlich resistenter MRSA-Krankenhauskeime helfen Kupfer-beschichtete Türgriffe und Lichtschalter.

Kupfer und der pH-Wert des Blutes

Panta rhei – alles fließt, aber nur bei genügend Kupfer und neutralem Blut-pH-Wert von 7,00. Kupfer hilft schädliche Bakterien und Viren im Blut zu zerstören, weil die Enzyme voll aktiv sind und bei gesundem Niveau funktionieren. Bei Kupfermangel verschwindet vollständig die Fähigkeit des Blutes, Gifte aus dem Körper zu beseitigen. Diese Toxine reichern sich dann in verschiedenen Organen des Körpers an und übersäuern diese. Folge: schwerwiegende lebensbedrohliche Krankheiten.

Aktuelle wissenschaftliche Studien deuten darauf hin, dass ein Mangel an Kupfer und Zink zu Morbus Alzheimer führt. Gaben dieser wichtigen Substanzen könnten das Fortschreiten der Erkrankung stoppen, denn sie sind elementar für die Erhaltung des Gedächtnisses. Übrigens, einige Tage vor einem Herzinfarkt schlagen die Buntmetalle im Körper Alarm: der Kupferwert des Blutes sinkt auffällig, und der Zinkspiegel steigt an!

Zwangsimpfungen – eine Jahrhundert-Plage der Menschheit

Die Leber ist das Organ mit dem größten Gehalt an gespeichertem Kupfer; das benötigt sie auch, um körpereigene Proteine zu synthetisieren. Eine Impfung ist die eleganteste Methode, um Gifte direkt in die Leber zu schleusen, Kupfer dort zu verdrängen und abzubauen. Es entsteht ein mineralisches Ungleichgewicht, also eine Ablage vom normalen pH-Wert von 7,00. Das führt u.U. zu massiven DNA-Schäden; die normale Proteinsynthese wird gestoppt. Schützen wir uns vor den viel gepriesenen Zwangsimpfungen durch wache Skepsis und einfach mit einer verbesserten Hygiene.

Zink Zn, essentiell für Organismen

Dem Arzt und Alchimisten Theophrastus Bombast von Hohenheim, besser bekannt als Paracelsus, gelang um 1520 als Erstem die Reindarstellung von Zink. Erst Jahrhunderte später nutzte man Zink technisch im größeren Stil als Korrosionsschutz. Dabei bedeckt es Eisen- und Stahloberflächen mit einer Schutzhaut von Zehntelmillimetern. Ein gewisser J. H. Pott entdeckte 1741 das Lötwasser, mit dem es gelang, Zinkteile miteinander zu verlöten.

Auf „verzinktem“, sonst aber kargem Galmeiboden (Mineralgemenge von verschiedenen schwefelfreien Zinkerzen), gedeihen Sonderlinge von seltenen Pflanzen, die seit der Steinzeit genetisch eine Vorliebe für Zink entwickelten, etwa das Galmeitäschelkraut und die Frühlingsmiere. Aber im Grund sind wohl alle Organismen auf Zink angewiesen. Ein Zink-Mangel bei Obstbäumen führt zu einem Zwergwuchs der Blätter. Übrigens, in der Asche eines verbrannten Galmeiveilchens finden sich 20% Zn! Auch in der Asche eines Verblichenen lassen sich 2 bis 3 Gramm Zink nachweisen – ohne den Zinksarg, versteht sich. Die gesamte Biomasse „Mensch“ trägt insgesamt unbemerkt über 16.000 Tonnen Zink mit sich herum. Damit ließen sich fiktiv 80 Eiffeltürme verzinken.

Zink ist sogar für alle biologische Arten essentiell. Täglich benötigen wir eine Ration von 5 bis 40 mg Zink. Besonders das Auge und die Hypophyse sind mit Zink angereichert. Nachweislich verbessern Zinkgaben das visuelle Gedächtnis und die Konzentrationsfähigkeit. Ein Zinkmangel führt zum Verlust des Geschmacksempfindens und zu Appetitmangel. Zink ist Bestandteil vieler Spurenelemente, Hormone und in über 200 Enzymen vorhanden, die für den Stoffwechsel, das Immunsystem und das Zellwachstum verantwortlich sind, ja es ist sogar am Aufbau der Erbsubstanz beteiligt.

Zinn Sn, das schreiende Metall

Jedes Metall hat charakteristische Eigenheiten; seltener warten aber gleich zwei unterschiedliche metallische Elemente mit der gleichen Eigenschaft auf. Die Schwermetalle Zinn und Eisen können das, denn sie wiegen 7,4 Gramm pro Kubikzentimeter, also etwa gleich viel. Jedes dieser Metalle rostet auf seine Weise. Dieser „Verwitterungsprozess“ bei niedrigen Temperaturen ist beim Zinn als Zinnpest verschrien. Apropos schreien: beim Biegen einer Zinnstange schreit das Metall regelrecht auf. Dafür sind intermetallische Reibungen des ß-Gefüges verantwortlich. Dieser knirschende „Zinn-Schrei“ ist zwar nicht gerade lieblich, aber besonders gut an grob kristallinen und langsam abgekühltem Zinn in dünnen Stäben zu hören. Völlig reines Zinn bleibt dagegen stumm.

Fast die Hälfte der gesamten Zinnproduktion wird zum Verzinnen von Metallen zum Schutz gegen Korrosion verwendet. Zinn ist auch Bestandteil vieler niedrig schmelzender Legierungen wie Weichlote, Bronze und Rotguss.

Aber kennen Sie Indiumzinnoxid? Es vereint zwei Eigenschaften, denn es ist halbleitend und transparent zugleich. Das dotierte Zinn sorgt für die gute elektrische Leitfähigkeit der notwendigen Störstellen im Kristallgefüge des Indiumoxids. Klingt kompliziert, aber fragen Sie mal die Hightech-Industrie, wie die auf diese Mischung stehen. Sie ist durch nichts Vergleichbares zu ersetzen. Nur durch Indiumzinnoxid entstehen z.B. transparente Elektroden in Flüssigkristallbildschirmen.

Zinngefäße aus dem weichsten aller Schwermetalle, die sich bereits mit einem Fingernagel ritzen lassen, wurden schon von unseren Großmüttern mit Zinnkraut – dem Schachtelhalm – poliert. Die Zellwände dieses Gewächses bestehen zu 7% aus eingelagertem Silikat. Man könnte vermuten, dass selbst das rote Mineral Zinnober dem Namen nach auch Zinn enthielte. Mitnichten und Neffen, denn Zinnober enthält 86% Quecksilber.

Lassen wir unseren Exkurs nicht mit Zinngeschrei ausklingen, sondern mit sonoren, ehrwürdigen Glockenklängen und brausenden Orgeltönen. Seit Jahrhunderten stellt man Orgelpfeifen aus reinem Zinnblech her; es hat für die Klangentfaltung sehr gute vibrationsdämpfende Eigenschaften. Die größte, freischwingende Kirchenglocke der Welt, „de dekke Pitter“, schwingt aktiv seit 1924 im Kölner Dom. Nicht umsonst heißt sie so, denn mit 24 Tonnen hat sie den Namen dick verdient. All diese Klanggebilde bestehen aus 76 bis 80% Kupfer und 20 bis 24% Zinn. Das war und ist traditionelle Handwerkskunst. Der Zinngehalt beeinflusst maßgebend den Glockenklang. Je mehr Zinn die Legierung enthält, desto prägnanter und feiner ist die Klangfarbe, aber desto härter wird auch das Glockenmetall. Dabei wächst die Gefahr, dass die Glocke zerspringt. Das Gussmaterial, die Zinnbronze, heißt in der Fachsprache lukullisch „Glockenspeise“. Erinnern Sie sich an Friedrich von Schiller, an das Lied von der Glocke? Darin heißt es eindrucksvoll:

Kocht des Kupfers Brei/ Schnell das Zinn herbei!/ Dass die zähe Glockenspeise/ Fließe nach der rechten Weise!

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