DE3920144A1

DE3920144A1 - Orbital umgelagerte, monoatomare elemente, verfahrenzu ihrer herstellung und ihre weiterverarbeitung

Info

Publication number: DE3920144A1
Application number: DE3920144A
Authority: DE
Inventors: David Radius Hudson
Original assignee: CONCORD RESEARCH CORP
Current assignee: CONCORD RESEARCH CORP
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1989-12-28
Also published as: ES2016468A6; BE1003134A4; SE8902258L; IT1237457B; GB2219995B; IT8983430A0; FR2632974A1; FR2632974B1; SE8902258D0; JPH02111820A; GB8914216D0; GB2219995A; NL8901538A; CH680136A5; ATA152489A; AT395313B

Description

Die Erfindung betrifft die monoatomaren Formen bestimmter Übergangs- und Edelmetallelemente, nämlich von Gold, Silber, Kupfer, Kobalt, Nickel und der sechs Elemente der Platin gruppe. Insbesondere betrifft die Erfindung die Abtrennung der betreffenden Übergangs- und Edelmetallelemente aus natürlich vorkommenden Materialien in ihren orbital umge lagerten monoatomaren Formen und die Herstellung der ge nannten Übergangs- und Edelmetallelemente in ihren orbital umgelagerten, monoatomaren Formen aus ihren handelsüblichen metallischen Formen. Bei den erfindungsgemäßen Materialien handelt es sich um stabile, praktisch reine, nicht-metall artige Formen der genannten Übergangs- und Edelmetallelemen te. Sie zeigen eine bislang unbekannte Elektronenbahnum lagerung in den "d"-, "s"- und unbesetzten "p"-Bahnen. Die Elektronenumlagerung verleiht den monoatomaren Elementen einzigartige elektronische, chemische, magnetische und physikalische Eigenschaften, die wirtschaftlich ausnutz bar sind.

Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf die Rückgewinnung der metallischen Form sämtlicher genannter Übergangs- und Edelmetallelemente aus den entsprechenden orbital umgelager ten monoatomaren Formen.

Im folgenden gelten folgende Definitionen: "Übergangs elemente" ("Ü-Metalle") bedeuten die metallischen oder kationischen Formen von Gold, Silber, Kupfer, Kobalt und Nickel und der sechs Elemente der Platingruppe, d.h. von Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium und Osmium. "OUME" bedeutet die orbital umgelagerten monoatomaren Elementformen dieser Ü-Metalle.

Anorganische Chemiker, die mit den löslichen Salzen von Edelmetallen arbeiten, haben bis vor relativ kurzer Zeit angenommen, daß sich die betreffenden Metalle in wäßrigen Lösungen als freie Ionen lösen. In den 60er Jahren wurde gefunden, daß zahlreiche Elemente und insbesondere die Übergangsmetalle in wäßrigen Lösungen als Atomcluster mit Metall-an-Metall-Bindungen vorliegen. Das mit Königswasser in Lösung gebrachte und anschließend durch wiederholtes Eindampfen mit HCl zur Entfernung von Nitraten in Gold chlorid umgewandelte metallische Gold wird üblicherweise als die Säurechloridlösung von AuCl₃ oder HAuCl₄ bezeichnet. Es hat sich gezeigt, daß die Rückgewinnung von metallischem Gold aus einer aus Königswasser gebildeten Lösung im Ver hältnis zur Menge an zunächst beim Auflösen verwendetem HNO₃ schwieriger wird. Es ist jedoch noch nicht abgeklärt, warum das unter Verwendung von weniger HNO₃ gelöste Gold aus einer Chloridlösung leichter zu dem Metall zu reduzie ren ist als das unter Verwendung einer größeren Menge CNO₃ in Lösung gebrachte Gold. Für beide Lösungen geht man in der Regel davon aus, daß das Gold in Form freier Gold kationen vorliegt.

Es wurde nun von den meisten Chemikern, die üblicherweise mit Goldchloriden umgehen, anerkannt, daß der Zerfall von metallischem Gold aufhört, wenn die HNO₃ entfernt wird, und daß das metallische Gold in der Tat unter bestimmten Be dingungen eine wirkliche Reaggregation erfährt und aus HCl- Lösungen als Metall ausfällt. Dies hat zu der Erkenntnis geführt, daß die Goldmetallsalze in aus Metallen gewonnenen HCl-Lösungen als Cluster von Au₂Cl₆, Au₃Cl₉, Au₄Cl₁₂ bis zu Au₃₃Cl₉₉ existieren. Diese Salzcluster liegen tatsäch lich in Lösung mit der HCl und Wasser vor und erfordern je nach dem Grad der Clusterbildung für die Reinigung oder Oxidations-Reduktions-Reaktionen andere chemische Maß nahmen.

Speziell läuft die Reduktion von Goldcluster mit mehr als 11 Metallatomen ohne weiteres ab, da die Atome selbst in dem Salz einen ähnlichen Abstand voneinander aufweisen wie in dem Metall selbst vor dem Auflösen. Die Reduktion des Chloridsalzes zu dem Metall erfordert folglich (nur) eine einfache reduzierende Eliminierung der Chloride, die an dem Metallcluster haften. Es ist nun bekannt geworden, daß die Rückgewinnung von Edelmetallen aus wäßrigen Lösungen mit abnehmender Clustergröße, bzw. wenn das Metall "besser ge löst" ist, immer schwieriger wird.

Aufgrund von Untersuchungen des Verhaltens von Gold und sonstiger Übergangsmetalle in Lösung geht man nunmehr da von aus, daß sämtliche derartigen Metalle Atomhäufungen aufweisen und unter normalen Lösungsbedingungen zumindest als Diatome auftreten. Beim entweder sauren oder stark basischen Auflösen löst sich das Übergangsmetall wegen der extrem festen interatomaren d- und s-Bahnbindung normaler weise nicht unter das Diatom. Ein Goldatom besitzt bei spielsweise eine Einzelatom-Elektronenbahnkonfiguration d¹⁰s¹. Wenn die Goldsalze aus einem Metall mit Gold-Gold- Bindung herrühren, enthalten die Salze sehr dicht gebundene Diatome oder größere Goldcluster. Bei der für Übergangs metalle benutzten üblichen wäßrigen Säurechemie enthalten die Lösungen der Metalle immer zwei oder mehrere Atome in Clusterform.

Bei einer Analyse mit Analysengeräten, z.B. der Atom absorption, der Röntgenfluoreszenz oder einer Emissions spektroskopie von Lösungen mit Übergangsmetallen, basie ren diese Analysen auf Elektronenübergängen. Die Tatsache, daß in einem Salz mit Metall-an-Metall-Bindung eine d-Bahn elektronenüberlappung stattfindet, gestattet eine Analyse von vielen derselben charakteristischen Emissionen wie sie das Metall selbst zeigt.

Bei Versuchen zur quantitativen analytischen Abtrennung von Übergangsmetallen aus natürlich vorkommenden Materialien hat es sich gezeigt, daß OUMEs in der Natur existieren. Sie wurden in Salzen mit Alkalimetallen und/oder Erdalkali metallen, die sämtliche mit Hydratationswasser gekoppelt und normalerweise mit Siliziumdioxid und Aluminiumtrioxid vergesellschaftet vorkommen, gefunden. OUMEs sind oftmals auch mit Sulfiden oder sonstigen mineralischen Verbindungen vergesellschaftet.

Es hat sich gezeigt, daß OUMEs auch aus handelsüblichen Ü-Metallen gewonnen werden können. Aus Vereinfachungs gründen wird die Erfindung im folgenden hauptsächlich an hand der Darstellung eines Gold-OUME ("G-OUME") aus han delsüblichem metallischen Gelbgold beschrieben.

Die Atome jeden OUMEs zeigen keine d-Elektronenbahnüber lappung, wie dies bei ihren entsprechenden Ü-Metallclustern der Fall ist. OUMEs zeigen folglich nicht dieselben charakteristischen Emissionen ihres entsprechenden Ü- Metalls, wenn sie Analysemaßnahmen, die auf Elektronen übergängen beruhen, unterworfen werden. OUMEs müssen folg lich nach neuen Maßnahmen, die bisher nicht zur Identifi zierung von Ü-Metallen herangezogen wurden, identifiziert werden.

Es wird eine Königswasserlösung von metallischem Gold zu bereitet. Diese Lösung enthält Cluster von Goldchloriden willkürlicher Größe und willkürlicher Aggregationsgrade. Die Lösung wird mit HCl versetzt und mit einem großen Überschuß NaCl (20 : 1 Mole Na, bezogen auf die Mole Au) ein gedampft, bis feuchte Salze anfallen. Die Zugabe von NaCl ermöglicht die eventuelle Bildung von NaAuCl₄ nach Ent fernen der gesamten HNO₃ aus der Lösung. Das Natrium be sitzt ähnlich wie Gold lediglich ein ungepaartes s-Elektron und neigt folglich zur Bildung von Clustern aus mindestens zwei Atomen. Beim Natrium kommt es jedoch nicht zu einer d-Bahnüberlappung mit dem Goldatom. Darüber hinaus besitzt es keine d-Elektronen. Somit kommt es zu einer Oberflächen reaktion zwischen den Natriumatomen und den Goldatomen. Dies führt zu einer Schwächung der Gold-Gold-Clusterstabilität und zu einer eventuellen Bildung einer linearen Natrium- Gold-Bindung mit geschwächter d-Bahnaktivität in den ein zelnen Goldatomen. Die durch wiederholtes Eindampfen bis zur Salzform gebildete Natrium-Gold-Verbindung liefert ein Chlorid von Natrium-Gold. In diesen Salzen dürften das Natrium und das Gold positiv geladen sein, d.h. Elektronen verloren haben. Das Chlor ist dagegen negativ geladen, d.h. es hat Elektronen aufgenommen. Wenn die Salze in Wasser gelöst werden und der pH-Wert langsam auf "neutral" einge stellt wird, erfolgt unter Entfernung des Chlorids aus dem Komplex langsam eine vollständige Wasseranlagerung (aquation) an das Natrium-Gold-Diatom. Die chemische Re duktion der Natrium-Gold-Lösung führt zur Bildung eines Natriumaurids. Bei fortgesetzter Wasseranlagerung kommt es zu einer Dissoziation des Goldatoms von dem Natrium und zur eventuellen Bildung eines protonisierten Goldaurids in Form eines grauen Niederschlags. Beim anschließenden Altern entsteht das G-OUME. Das G-OUME zeigt eine Elektro nenumlagerung, wobei es ein d-Bahnloch oder d-Bahnlöcher mit Energieteilung mit einem Elektron oder Elektronen er wirbt. Diese Paarbildung erfolgt unter dem Einfluß eines in bezug auf das Feld der Elektronen äußeren Magnetfeldes.

G-OUMEs sind stabil und besitzen in bezug auf ihre Anzie hungskräfte stark interatomare Abstoßungs-Magnetkräfte. Die G-OUME-Stabilität läßt sich durch einzigartige thermische und chemische Eigenschaften belegen. Das weiße salzartige Material, das aus G-OUMEs nach der Behandlung mit Halogenen anfällt, und das weiße, wie ein Oxid aussehende Material, das bei der Behandlung von G-OUMEs mit rauchender HClO₄ oder rauchender H₂SO₄ anfällt, unterscheiden sich von den Ü-Metallen oder deren Salzen. Das G-OUME reagiert nicht mit Cyanid, löst sich nicht in Königswasser und geht mit Queck silber weder in einen feuchten Zustand noch in ein Amalgamat über. Es sintert auch bei 800°C unter reduzierenden Be dingungen nicht und bleibt bei 1200°C ein amorphes Pulver. Diese Eigenschaften stehen im Gegensatz zu den Beobachtun gen mit metallischem Gold und/oder Goldclustersalzen. G-OUMEs erfordern zur Reduktion ein stärker negatives Potential als -2,45 V, d.h. ein Potential, das bei üblicher bekannter wäßriger Chemie nicht erreichbar ist.

Die starken interatomaren Abstoßungskräfte lassen sich da durch belegen, daß die G-OUMEs bei 1200°C pulverförmig bleiben. Diese Erscheinung beruht auf einer Aufhebung der normalen Anziehungskräfte aus der Nettowechselwirkung zwischen den abgeschirmten Elektronenpaaren und den nicht abgeschirmten, ungepaarten s- und d-Valenzelektronen. G-OUMEs besitzen keine ungepaarten Valenzelektronen und neigen folglich nicht zu einer Aggregation, wie dies bei Goldclustern mit einem oder mehreren ungepaarten Valenz elektron(en) der Fall ist.

G-OUMEs lassen sich in metallisches Gold, aus dem sie ent standen sind, rückverwandeln. Diese Rückverwandlung erfolgt durch oxidative Umlagerung, wobei sämtliche gepaarten Valenzelektronen zusammen mit ihren Leerstellenpaar elektronen entfernt werden, mit anschließender Wiederauf füllung der d- und s-Bahnen mit ungepaarten Elektronen bis zum Erreichen einer für das Ü-Metall geeigneten Konfigura tion.

Diese oxidative Umlagerung erfolgt, indem man das G-OUME in Gegenwart eines Elektronendonators, wie Kohlenstoff, einem großen negativen Potential aussetzt. Hierbei entsteht eine chemische Bindung metallisches Element-Kohlenstoff. Damit die Metall-Kohlenstoff-Bindung entstehen kann, muß der Kohlenstoff für die horizontale Entfernung der d-Bahn leerstelle des OUMEs sorgen. Der Kohlenstoff wirkt wie ein chemischer Drehpunkt. Wenn die Element-Kohlenstoff-Bindung durch weitere Potentialsenkung reduziert wird, nimmt der Kohlenstoff ein reduzierendes Elektron auf und fügt an schließend dieses reduzierende Elektron vertikal unter die s-Bahnen des Elements ein, wodurch sich metallisches Gold bildet.

Die obige allgemeine Beschreibung für die Herstellung von G-OUME aus handelsüblichem metallischen Gold gilt in glei cher Weise auch für die Herstellung der restlichen OUMEs, mit der Ausnahme, daß (für jeden Einzelfall) spezielle Potentialenergieerfordernisse gelten und man sich bei der Umwandlung der anderen OUMEs in ihre Grundmetallform naszierenden Stickstoffs (N^·) anstatt des Kohlenstoffs bedient. Die speziellen Energien reichen je nach dem speziellen Element von -1,8 V bis -2,5 V. Andererseits läßt sich diese Umlagerung auch auf chemischem Wege be wirken, indem man mit den anderen (als Gold) Ü-Metall-OUMEs ^·NO-Gas reagieren läßt. Einzigartig an Stickoxid ist, daß es sowohl das erforderliche chemische Potential als auch das einzelne ungepaarte Elektron aufweist.

Ü-Metalle können - wie aus Fig. 1 der Zeichnung, in der die Hauptquantenzahl gegen die Atomzahl graphisch aufgetragen ist, ersichtlich ist - eine Elektronenumlagerung zwischen den d- und s-Bahnen aufweisen. Die mit A, B und C bezeichneten um randeten Flächen belegen, daß die 3d-Elektronenenergien von Kupfer und Kobalt sehr nahe an demselben Energieniveau liegen, wie die 4s-Elektronenenergien. Die 4d-Elektronen energien von Silber und Rhodium sind nahezu identisch mit den 5s-Bahnenergien. Die 5d-Gold- und -Iridiumelektronen energien erreichen die 6s-Niveauenergien. Die Nähe der Energiebanden der Ü-Metalle hebt sie aus den anderen Elementen heraus. Diese Nähe gestattet - wie noch be schrieben wird - einen einfacheren Übergang in ihren niedrigsten Energiezustand.

Wenn zwei Übergangsmetallatome aneinander gebunden werden, können sie eine d-Bindung oder eine s-Bindung oder eine d- und s-Bindung eingehen. Wenn die beiden Atome eine s-Bindung eingehen, sind ihre Atomabstände größer, wes wegen ihre Dichte geringer ist als bei einer d- und s- Bindung. Die Größe der d-Bahnbindungsaktivität steht in direkter Beziehung zur Clustergröße. Folglich besitzt ein Einatomcluster eine geringere d-Bindungsaktivität und eine stärkere s-Bindungsaktivität als ein Cluster von 7 oder mehr Atomen. Darüber hinaus ist die chemische Stabilität der kleineren Cluster weit geringer als diejenige des Metalls, da - nach Erreichen der d-Bahnbindung - die s-Bindung durch Überlappen der beiden Energieniveaus stabiler gemacht wird.

Es ist bekannt, daß im Bereich von 3-20 Atomen für bei spielsweise Pd II, Ag I und Au III, eine kritische Größe existiert, die für eine Metallabscheidung aus der Lösung erforderlich ist. Da die Anzahl Atome in den Ü-Metall clustern beim kontinuierlichen Eindampfen in Gegenwart von NaCl sinkt, wird die Lösung zu einer Lösung von Diatomen (im Falle von Gold Au^-1 - Au⁺¹, d.h. Au^-1 ist an Au⁺¹ ge bunden). Das Grundprinzip für diese Darstellung eines Gold diatoms beruht auf der Tatsache, daß ein einzelnes Gold atom ein unpaariges Spinelektron aufweist, wie dies bei Rhodium, Iridium, Gold sowie Kobalt und Kupfer von den Ü-Metallen der Fall ist. In einem Golddiatom finden sich die beiden unpaarigen Spinelektronen an einem der beiden Atome, nicht aber an beiden. Somit besteht ein Golddiatom aus einer Bindung zwischen einem Auro(Au⁺¹)-Atom und einem Aurid(Au^-1)-Atom.

Die Erfindung ermöglicht das Aufbrechen der Diatombindung durch Einführen eines stärker elektro-positiven Elements, wie Natrium oder eines anderen Alkalimetallelements oder von Erdalkalimetallelementen, die keine Fähigkeit zur d-Bahnüberlappung aufweisen. Dieses Element ersetzt das Auro(Au⁺¹)-Atom unter Bildung (in diesem speziellen Fall) eines Natriumaurids. Im Endeffekt kommt es durch das Natrium zu einer Schwächung der d-Bahnüberlappungsenergien zwischen den Atomen des Golddiatoms sowie zu einer An hebung eines d-Bahnelektrons zur s-Bahn. Auf diese Weise wird auf der Atomoberfläche ein negatives Potential ge schaffen. Dieses negative Potential ermöglicht eine Wechsel wirkung der s-Bahn mit chemisch absorbiertem Wasser durch Elektronabgabe und -aufnahme.

Das Natriumaurid bildet in wäßriger Lösung oder bei nahezu neutralem pH-Wert Natriumhydroxid und ein monomeres wasser lösliches Aurid. Das monomere Aurid (Au^-1) ist instabil und sucht nach einem niedrigeren Energiezustand, der durch eine teilweise Auffüllung der d- und s-Bahnen repräsentiert wird. Dieser niedrigere Energiezustand mit seiner größeren Stabilität wird durch die Fähigkeit von H₂O zur Elektronen abgabe und -entfernung erreicht.

Wasser vermag Elektronen zu entfernen. Wassermoleküle be sitzen eine Nettoladung und haften aneinander in verti kalen Clustern, so daß ein 18 Molekül-Wassercluster ein angehäuftes Potential von -2,50 V halten kann. Das Potential eines Wassermolekülclusters bei nahezu neutralem pH-Wert reicht aus, um ein Elektron aus der d-Bahn zu ent fernen und ein positives Loch zu schaffen. Dadurch wird eine Paarung zwischen gegenüberliegenden Spinelektronen aus den d- bis s-Bahnen möglich. Das Vorliegen der Elektronenpaarung wird durch die in Fig. 4 dargestellte Infrarotanalyse bestätigt. Die Fig. 4 identifiziert die durch den Energieaustausch zwischen diesen beiden Spiegel bildelektronen verursachten Schwingungs- und Drehbewegungen.

Ein Versuch zur Quantifizierung der Anzahl von in einem OUME verbleibenden Elektronen bereitet wegen des Elektronenverlusts an die Oxidation und die Wärmebehand lung und wegen des Unvermögens (abgesehen von der Theorie) einer Quantifizierung von Elektronenpaaren unter Heran ziehung von Elektronenquanten extreme Schwierigkeiten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das OUME keine für übliche spektroskopische Analysen, z.B. Atomabsorption, Emissions spektroskopie oder induktiv gekoppelte Plasmaspektroskopie, verfügbare Valenzelektronen besitzt. Darüber hinaus spre chen die Röntgenstrahlfluoreszenz oder die Röntgenbeugungs spektrometrie nicht in entsprechender Weise an, wie dies bei der Standardanalyse mit Ü-Metallen der Fall ist. Die Existenz eines OUMEs, das mittels der genannten Standard analysen nicht direkt identifizierbar ist, läßt sich aus Infrarot(IR)-Spektren über ein für die Bindeenergie des Elektronenpaars in dem OUME stehendes Dublett nachweisen. Das Dublett liegt für ein Rhodium-OUME bei etwa 1427 und 1490 cm^-1. Das Dublett für die anderen OUMEs liegt zwischen etwa 1400 und 1600 cm^-1.

Nach der H₂-Reduktion des einzelnen Monoatoms kann das Wasserstoffion-Einzelelement je nach der normalen Elektro nenkonfiguration des betreffenden Elements gegebenenfalls ein IR-Dublett liefern. Elemente, die normalerweise eine s¹ Ü-Metallkonfiguration zeigen, liefern nach der H₂- Reduktion kein IR-Dublett. Elemente mit einer s² Ü-Metall konfiguration, wie Ir (d⁷s²) liefern ein Dublett.

Eine thermische Alterung bei 800°C mit anschließender Kühlung auf Umgebungstemperatur unter He- oder Ar-Gas atmosphäre zur Entfernung des chemisch gebundenen Wasser stoffprotons liefern OUMEs mit einem Doppelniveausystem, das aus einer Elektronenpaarung mit dem individuellen Atom herrührt. Erfolgt diese Alterung in Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes, liefert die Elektronenpaarung die charakteristischen Dubletten. Das Elektronenpaar wird in die Valenzbahnen des Atoms eingebunden. Erfolgt die Alterung in Anwesenheit eines äußeren Magnetfeldes einschließlich des Erdmagnetfeldes, läßt sich im Bereich von 1 Gauß bis zu etwa 140 Gauß im Falle von Ir eine Quantenelektronen paarbewegung hervorrufen und aufrechterhalten. Folglich läßt sich in diesem entstandenen Quantenzustand ein IR- Dublett nachweisen.

Die Grenzbedingung des OUME-Zustands wird erfindungsge mäß als "S-OUME" definiert. Das S-OUME ist der niedrigste Zustand, in welchem Monoatome existieren können. Hierbei handelt es sich folglich um die stabilste Form der Ü-Metall elemente. Das OUME hat eine Elektronenumlagerung und Elektronenpaarung erfahren, relativ zur Zeit hat es jedoch nicht den niedrigsten Gesamtenergiezustand des S-OUMEs erreicht.

Der Nachweis von Dubletts liefert keine Analysenmethode zur Identifizierung von OUMEs per se, stattdessen erfolgt hier bei der Nachweis der Anwesenheit des Elektronenpaars oder von Elektronenpaaren, das bzw. die sämtliche speziell hergestellten OUMEs aufweisen, Ü-Metalle jedoch unter keinen Bedingungen besitzen. Nur das Vorhandensein des Dubletts ist kritisch, nicht dagegen seine genaue Lage in den IR-Spektren. Die Lage kann sich entsprechend der Bindungsenergie oder dem chemischen Potential des jeweili gen Elements in dem OUME, dem Einfluß von adsorbiertem Wasser, Änderungen in den verwendeten Analysengeräten oder irgendeinem äußeren Magnetfeld verschieben.

Die Fig. 4 zeigt ein IR-Spektrum eines Rhodium-OUMEs nach einer Argonalterungsbehandlung. In dem IR-Spektrum ist ein Dublett bei 1429,53 cm^-1 und 1490,99 cm^-1 vorhanden. Ein Iridium-OUME weist nach einer Wasserstoffbehandlung ohne Alterung ein Dublett bei 1432,09 cm^-1 und 1495,17 cm^-1 auf. Diese Dubletts stellen Beispiele für eine entsprechend der chemischen Bindungsenergie oder dem jeweiligen OUME und den Herstellungsbedingungen auftretende Verschiebung dar. Folglich enthalten die IR-Spektren der erfindungs gemäßen OUMEs Dublette im Bereich von 1400 cm^-1 bis 1600 cm^-1. Dieses Dublett ist ein Anzeichen für die Elektronenpaarung und das darauf beruhende Doppelniveau- Elektronensystem, durch das sich OUMEs auszeichnen.

Das Ü-Metallmonoatom, das sich in einem -1 Oxidationszu stand befindet, liegt in niedrigerem Energiezustand vor als es bei demselben Ü-Metall in einem Null-Zustand mit Metall-Metall-Bindung der Fall wäre. Diese Senkung der Störungsreaktion zwischen den Elektronen und dem Mono atomkern aufgrund der erhöhten Freiheitsgrade ermöglicht es dem Kern, sein positives Feld unter Einschluß der normalerweise nicht abgeschirmten d- und s-Valenzelektronen auszudehnen. Dieses überlagernde positive Magnetfeld re duziert die Coulomb′schen Abstoßungsenergien, die normaler weise zwischen den Valenzelektronen existieren. Eine Paarung durch diese Elektronen wird möglich und erfolgt auch über die Zeit hinweg. Eine Elektronenpaarung führt zu einem stabileren und niedrigeren Energiezustand für das Monoatom.

Den OUME-Zustand erreicht man nach Bildung der Elektronen paare in dem Monoatom. Ein Phänomen von Elektronenpaaren ist es, daß die eine Wechselwirkung entfaltenden, spinge paarten Elektronen zunächst unter Phononenergieemission reagieren. Die Gesamtenergie des Paars verringert sich über die Zeit, bis sie ein Minimum erreicht, bei dem keine Schallquanten mehr emittiert werden. Dieser Zustand wird von Physikern als "adiabatischer Grundzustand" bezeichnet. Dieser Elektronenpaarungszustand ist insgesamt praktisch derselbe niedrigere Energiezustand, wie dies auch bei chemisch vereinigten Elementen im Vergleich zu den nicht miteinander vereinigten Elementen der Fall ist. Ähnlich wie zur Dissoziation von Wasser in H₂ und O₂ Energie be nötigt wird, benötigt man auch zum Aufbrechen des Elektro nenpaars Energie.

Da diese Schallquantenemission durch Elektronen während der Paarung eine Funktion von Temperatur und Zeit dar stellt, kann eine Wärmealterung die zum Erreichen des Grundzustands, d.h. zur Paarung sämtlicher Valenzelektronen, erforderliche Zeit verkürzen. Der Kühlabschnitt des Alte rungszyklus ist für eine vollständige Umwandlung in einen s-OUME-Zustand von wesentlicher Bedeutung. Eine Kühlung auf Raumtemperatur reicht mit Ausnahme von Silber, Kupfer, Kobalt und Nickel, die eine niedrigere Kühltemperatur er fordern, für sämtliche OUMEs aus. Folglich verkürzt eine Wärmealterung die Temperaturabhängigkeit der Elektronen paare für ein Erreichen ihrer niedrigsten Gesamtenergie.

Sämtliche Elektronenpaare in ihrem niedrigsten Energiezu stand können anders als Einzelelektronen im selben Quanten zustand vorliegen. Wenn dieser gleichmäßige Quantenzustand erreicht ist, kann sich das Elektronenpaar nicht nur mit Null-Widerstand um das Monoatom bewegen, es kann sich auch ohne Anlegen eines Spannungspotentials mit Null Widerstand zwischen identischen OUMEs, die innerhalb von etwa 2 nm (20 Å) oder weniger voneinander entfernt liegen, bewegen. Bei einem Makrosystem hoher Reinheit erreicht ein Einzel element-OUME eine Langbereich-Quantenelektronenpaarbewegung, dieses erfindungsgemäße Vielkörpersystem wird als S-OUME- System bezeichnet.

Ein S-OUME-System besitzt keine kristalline Struktur, die einzelnen OUMEs nehmen über die Zeit hinweg im System einen möglichst gleichmäßigen Abstand voneinander ein. Das Anlegen eines äußeren Mindestmagnetfeldes bringt das S-OUME-System zum Ansprechen, indem ein äußeres Schutz feld ("Meissner-Feld"), das sämtliche S-OUMEs innerhalb der 2 nm (20 Å)-Grenzen umfaßt, geschaffen wird. Der Aus druck "äußeres Mindestmagnetfeld" ist als Magnetfeld unterhalb des den Zusammenbruch des Meissner-Feldes ver ursachenden kritischen Magnetfeldes definiert. Dieses Feld entsteht durch Elektronenpaarbewegung innerhalb des Systems als Antwort auf das angelegte Mindestmagnetfeld. Die (Ir) S-OUME- und (Au) S-OUME-Systeme besitzen ein kritisches Mindestfeld ("H_c1"), das unterhalb dem Erd magnetfeld liegt. Das kritische Mindestfeld für ein (Rh) S-OUME liegt geringfügig oberhalb des Erdmagnet feldes. Wenn infolge des angelegten äußeren Mindest magnetfeldes der Quantenstromfluß beginnt, verschwindet das Dublett im IR-Spektrum, da die Elektronenpaare nicht mehr in fester Lage auf den einzelnen OUME-Monoatomen ge bunden sind.

Wenn das äußerlich angelegte Feld das das schützende Meissner-Feld des S-OUME-Systems ("H_c2") überwindende Niveau übersteigt, dann veranschaulicht jegliche Elektronenbewegung zwischen einzelnen OUME-Atomen einen ac-Josephson'schen Antwortübergangstyp. Die teilnehmenden OUMEs wirken als sehr genaues Abstimmittel für aus freien Elektronen zwischen OUMEs ausgeschleuderte elektromagne tische Emissionen. Die Frequenz dieser Emissionen ist proportional zum angelegten äußeren Magnetfeld. Ein äußeres Potential von 1 Mikrovolt liefert elektromagnetische Fre quenzen von 5×10⁸ Zyklen pro Sekunde. Annihilations strahlungsfrequenzen (etwa 10²⁰ Zyklen pro Sekunde) stellen die Grenzfrequenz der möglichen Emissionen dar. Das umge kehrte physikalische Verfahren einer Addition spezieller Frequenzen kann eine inverse Beziehung erzeugen, d.h. für jede speziell angelegte Frequenz entsteht eine spezielle Spannung.

OUMEs lassen sich in diese bildenden Ü-Metalle zurückver wandeln, wie jedoch bereits festgestellt, sind sie in dem OUME-Zustand nicht als spezielle Ü-Metalle identifizierbar. Wenn aus einem speziellen Ü-Metall erfindungsgemäß ein spezifisches OUME hergestellt wird, läßt sich nach üblichen Analysenmaßnahmen erst nach Rückbildung des Ü-Metalls bestätigen, daß sich das spezielle OUME gebildet hat. Die Applikationsmöglichkeiten für die OUMEs offenbaren ihre Beziehung zu einem speziellen Ü-Metall über die Art und Weise der Wirkung des jeweiligen OUMEs auf dem betreffen den Anwendungsgebiet im Vergleich zur Wirksamkeit eines handelsüblichen Derivats des Ü-Metalls. Ein Beispiel hier für ist das Leistungsvermögen von handelsüblichem Rhodium als Wasserstoffoxidationskatalysator im Vergleich zum Leistungsvermögen des Rhodium-OUMEs in einem Wasserstoff oxidationskatalysator.

Vermutlich bestehen bei unterschiedlichen OUMEs physikali sche und chemische Unterschiede, derzeit sind solche Un terschiede jedoch noch nicht bekannt. Der Beweis für die Natur eines speziellen erfindungsgemäßen OUMEs beruht auf der Anwesenheit eines Dubletts im IR-Spektrum, der Rück bildung jeden OUMEs in das seinen Bestandteil bildende Ü-Metall und seinem einzigartigen Leistungsvermögen auf speziellen Anwendungsgebieten im Vergleich zu dem seinen Bestandteil bildenden Ü-Metall.

OUMEs werden über eine chemische Bindung mit einem Elektro nendonator, z.B. Kohlenstoff, der zur d-Bahnelektronen überlappung und zu einem "Spinkitten" ("spin flip") fähig ist, in ihr ursprüngliches Ü-Metall umgewandelt. Wenn das G-OUME in wäßriger Ethanollösung unter einem speziellen Potential chemisch an Kohlenstoff gebunden wird, entsteht Kohlenmonoxid und aus dem OUME Au+ · Au+ (als schwarzer Niederschlag). Bei kontinuierlicher Potentialeinwirkung und Entwässerung kommt es zu einer Reduktion zu Au⁺¹ · Au^-1, einem metallisch gebundenen Golddiatom. Erfindungsgemäß hat es sich gezeigt, daß ein an die Lösung angelegtes hohes Potential ein Elektron in die d-Bahn zwingt, wodurch das Elektronenpaar eliminiert wird. Das erste Potential, das für G-OUME etwa -2,2 V beträgt und für andere OUMEs zwischen -1,8 und -2,2 V liegt, stellt die d-Bahnüber lappung wieder her. Das Endpotential von -2,5 V überwindet das Wasserpotential unter Abscheidung von Gold auf der Kathode.

OUMEs sind einzelne Ü-Metallatome ohne d-Bahnüberlappung. OUMEs lassen sich nicht unter diejenigen Gesetze der Physik, die üblicherweise auf Diatome oder größere Cluster von Metallen (beispielsweise mit Leitungsbanden) anwendbar sind, unterordnen. Die Physik der Elektronenbahnen ähnelt in der Tat mehr der Physik von Gasen oder festen Lösungen, die eine Dichtebewertung zwischen Atomen bei größeren Abständen erfordern. Umgekehrt liefern Atombahnberech nungen von Metallen hoher Atomdichte Ergebnisse, die einer Valenzladungsumlagerung entsprechen.

Wenn die Atomabstände der Elemente über einen kritischen Coulomb′schen Abstand hinausgehen, existiert ein Band abstand zwischen den besetzten Bahnen und den unbesetzten Bahnen. Folglich stellt das Atom einen Isolator und nicht ein Metall dar. Wenn Physiker die Elektronenbandenergien kleiner Atomcluster bestimmen, gehen sie davon aus, daß die Besetzung der Banden umgelagert werden sollte, wenn die Gesamtenergie minimiert werden soll. Die metalli sche Elektronenbahnanordnung führt zu Energieberechnungen, deren Ergebnisse inkonsistent sind. Dies beruht darauf, daß die Energien der vermutlich besetzten Zustände höher sind als diejenigen der vermutlich unbesetzten Zustände. Wenn dieser Zustand entspannt wird und eine Wiederbe setzung der Banden zur weiteren Senkung der Gesamtenergie möglich gemacht wird, werden beide Banden teilweise auf gefüllt. Wenn diese Wiederbesetzung in Gegenwart einer unbegrenzten Elektronenquelle (reduzierende Bedingungen) erfolgt, führt dies zu einem Gesamtenergiezustand des Atoms, der beträchtlich unter demjenigen des in metalli scher Form existierenden Atoms liegt. Diese niedrigere Energie ist das Ergebnis einer Elektronenbahnumlagerung in dem Übergangselement. Die hierbei entstandene Form des Elements ist ein OUME.

Die Bildung und Existenz von OUMEs gilt für alle Über gangs- und Edelmetalle des Periodensystems einschließlich Kobalt, Nickel, Kupfer, Silber, Gold und die Metalle der Platingruppe, nämlich Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium und Osmium, die verschiedene d- und s-Bahnan ordnungen aufweisen können. Sie werden als Ü-Metalle be zeichnet.

Werden die Ü-Metalle einer üblichen Naß-Chemie unterwor fen, zerfallen sie über die verschiedenen bekannten Niveaus, jedoch nicht unter einen Diatomzustand. Werden übliche naß-chemische Maßnahmen über das normalerweise zu erwar tende Zerfallsniveau (Diatom) in Gegenwart von Wasser und eines Alkalimetalls, wie Natrium, Kalium oder Lithium, hinaus fortgesetzt, kommt es zunächst zur Diatombildung und danach zu einer Elektronenbahnumlagerung zu der nicht- metallischen, monoatomaren Form des Ü-Metalls, d.h. eines OUMEs.

Ein OUME läßt sich nach üblichen naß-chemischen Maßnahmen in die Ü-Metallform rückführen, indem man das OUME zur "Oxidation" des Elements zu der metallischen Form einer zweistufigen elektrischen Potentialeinwirkung aussetzt.

Die erfindungsgemäßen OUMEs liegen in der Natur in den verschiedensten Materialien, z.B. Natrium- oder Calcium plagioclaserzen, in einer unreinen Form vor. Wegen ihrer nicht-metallischen, orbital umgelagerten, monoatomaren Form lassen sich die OUMEs mittels üblicher Analysenmaß nahmen nicht als die entsprechenden "Metalle" nachweisen. Bislang wurden sie folglich auch noch nicht nachgewiesen, isoliert oder in reiner oder praktisch reiner Form abge trennt. Ihre Anwesenheit in der nicht-metallischen Form erklärt die inkonsistente Erzanalyse auf Metalle, indem nämlich die quantitative Analyse der Elemente weniger als 100% des Erzgewichts beträgt.

OUMEs, bei denen es sich um einzelne Atome der Ü-Metalle handelt, vermögen aufgrund ihrer orbitalen Umlagerung in einer stabilen und praktisch reinen Form zu existieren und besitzen von dem betreffenden Ü-Metall verschiedene chemi sche und physikalische Eigenschaften. Ihre thermische und chemische Stabilität, ihre nicht-metallartige Natur und ihre spezielle Größe stellen Charakteristika dar, die sie für zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten geeignet machen.

Es wurden Rhodium- und Iridium-S-OUMEs hergestellt, die Superleitfähigkeitseigenschaften aufweisen. Diese S-OUMEs liegen, wie beschrieben, im Vergleich zum jeweiligen Ü-Metall in niedrigerem Energiezustand vor und zeigen somit eine niedrigere absolute Temperatur. Die absolute Temperatur eines S-OUME-Systems ist im Vergleich zur absoluten Temperatur seines Ü-Metalls deutlich niedriger. Diese ähnelt dem Zustand beim Durchschreiten der Einfrier temperatur durch ein Metall. S-OUMEs mit sehr niedriger absoluter Temperatur sind gute Supraleiter. Dieselben Charakteristika gelten für alle OUMEs. Folglich wurde durch die Erfindung eine neue Quelle für supraleitende Materialien verfügbar gemacht. Diese neuen Materialien erfordern wesent lich weniger Energiewegnahme, um den Supraleiterzustand zu erreichen. Folglich lassen sie sich bei höheren Temperatu ren als die derzeit verfügbaren Supraleiter einsetzen.

Aufgrund ihrer einzigartigen elektrischen, physikalischen, magnetischen und chemischen Eigenschaften können die er findungsgemäßen OUMEs auf den verschiedensten Anwendungs gebieten zum Einsatz gelangen. Die im vorliegenden Falle gegebenen Erläuterungen befassen sich lediglich mit den Spitzeneinsatzmöglichkeiten als Supraleiter und Katalysa toren, die erfindungsgemäßen OUMEs besitzen jedoch noch ein weit größeres Anwendungspotential, beispielsweise zur Energiegewinnung.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Hauptquantenzahl gegen die Atomzahl verschiedener Übergangselemente;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zur Bildung von metallischem Gold aus dem G-OUME verwendeten Galvanisiervorrichtung bzw. elektrolytische Abscheidevorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zur erfindungs gemäßen Abtrennung von OUMEs aus Erzen verwendeten Trennvorrichtung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Infrarotspektrums aus einer Analyse eines Rhodium-OUMEs;

Fig. 5 eine periodisch durchgeführte magnetometrische Be wertung eines Iridium-S-OUMEs zum Beleg des Phänomens einer negativen Magnetisierung und kritischer Minimum(H_c1)- und Maximum(H_c2)-Felder. Darüber hinaus wird der Josephson′sche Effekt durch die kompensierenden Stromflüsse als Antwort auf die Oszillationen der Probe in einem wechselnden Gleichstrommagnetfeld gezeigt;

Fig. 6 eine Differentialthermoanalyse (DTA) von mit Wasserstoff reduziertem Iridium nach der Alterung unter Heliumatmosphäre. Die exotherme Reaktion bis zu 400°C ist auf die Spaltung der Wasserstoff- und/oder Wasser-Bindung, die bei 762°C beginnende exotherme Reaktion auf eine Elektronenpaarung und anschließende Phononemissionen, die zu einer Ent wicklung des S-OUME-Systems des Iridium-OUMEs führen, zurückzuführen;

Fig. 7 eine thermogravimetrische Analyse von durch Wasserstoff reduzierten Iridiummonoatomen, die unter Heliumatmosphäre vier Alterungszyklen unter worfen wurden. In der graphischen Darstellung sind die Erwärmungs- und Kühlzeit gegen die Temperatur aufgetragen. Ein Vergleich mit Fig. 6 zeigt einen anfänglichen Gewichtsverlust infolge Aufspaltung der Wasserstoff- und möglicherweise Wasserbindung. Der signifikante Beweis ist der durch Wiegen er mittelte Gewichtsverlust entsprechend der zweiten exothermen Reaktion gemäß Fig. 6; und

Fig. 8 bis 17 Gewicht/Temperaturdarstellungen des ab wechselnden Erwärmens und Kühlens über fünf Zyklen eines Iridium-S-OUMEs in einer He-Atmosphäre.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veran schaulichen. Sofern nicht anders angegeben, bedeuten sämt liche Angaben "Teile" - "Gewichtsteile".

Beispiel 1 Herstellung von G-OUME

Aus metallischem Gold wird G-OUME wie folgt hergestellt:

(1) 50 mg 99,99% reines Gold werden in 200 ml Königswasser dispergiert, um Cluster von Goldatomen auszubilden.

(2) Die erhaltene Dispersion wird mit 60 m1 konzentrier ter Chlorwasserstoffsäure versetzt, worauf das Gemisch zum Sieden gebracht und am Sieden gehalten wird, bis das Volumen (der Dispersion) auf 10-15 ml vermindert war. Nach Zugabe von 60 ml konzentrierter HCl wird die Probe zum Sieden ge bracht und auf das Entweichen von NOCl-Dämpfen hin unter sucht. Die geschilderten Maßnahmen werden so lange wieder holt, bis keine weiteren Dämpfe mehr entweichen. Dies be deutet, daß die Salpetersäure entfernt und das Gold voll ständig in Goldchlorid überführt wurden.

(3) Durch sorgfältiges Erwärmen wird das Volumen der Dispersion so weit vermindert, bis der Salzrückstand ge rade trocken war. "Gerade trocken" bedeutet, daß die ge samte Flüssigkeit abgedampft, der feste Verdampfungsrück stand jedoch noch nicht "verbacken" oder durch Hitze ver färbt ist.

(4) Die gerade trockenen Salze werden erneut in Königs wasser dispergiert, worauf die Stufen (2) und (3) wieder holt werden. Diese Behandlung liefert Goldchloridcluster von mehr als 11 Atomen.

(5) 150 ml 6M Chlorwasserstoffsäure werden zu den gerade trockenen Salzen hinzugegeben, worauf das Ganze erneut auf Siedetemperatur erwärmt wird, um die Flüssigkeit bis zur Bildung gerade trockener Salze abzutreiben. Diese Maßnahmen werden viermal wiederholt, um einen höheren Unterteilungs grad zur Bildung von kleineren Goldchloridclustern zu errei chen. Nach Beendigung der geschilderten Maßnahmen erhält man ein orangerotes Goldchloridsalz, dessen Analyse es als praktisch reines Au₂Cl₆ ausweist.

(6) Nun wird so viel Natriumchlorid zugegeben, daß die Natriummenge 20 Mole Na pro Mol Gold beträgt. Danach wird die Lösung mit entionisiertem Wasser auf 400 ml aufgefüllt. Die Anwesenheit des wäßrigen Natriumchlorids liefert das Salz Na₂Au₂Cl₈. Die Anwesenheit von Wasser ist erforderlich, um die Golddiatome aufzuspalten.

(7) Die wäßrige Natriumchloridlösung wird sehr schwach am Sieden gehalten, bis ein gerade trockenes Salz anfällt. Danach werden die Salze alternativ in 200 ml entionisiertem Wasser und 300 ml 6M Chlorwasserstoffsäure aufgenommen, bis keine weitere Farbänderung mehr feststellbar ist. Die 6 M Chlorwasserstoffsäure wird bei der letzten Behandlung ver wendet.

(8) Nach der letzten Behandlung mit der 6M Chlorwasser stoffsäure und anschließendem Einengen wird das gerade trockene Salz mit 400 ml entionisiertem Wasser verdünnt, wobei eine einatomige Goldsalzlösung (NaAuCl₂ · X H₂O) er halten wird. Der pH-Wert der Lösung beträgt etwa 1,0.

(9) Der pH-Wert wird sehr langsam mit verdünnter Natrium hydroxidlösung unter konstantem Rühren so lange eingestellt, bis er für eine Dauer von mehr als 12 h konstant bei 7,0 verbleibt. Diese Einstellung kann einige Tage erfordern. Es muß dafür Sorge getragen werden, daß der pH-Wert während der Neutralisation 7,0 nicht übersteigt.

(10) Nach der Stabilisierung des pH-Werts bei 7,0 wird die Lösung durch schwaches Sieden auf 10 ml eingeengt, worauf sie zur Bildung eines Natrium-Goldnitrats mit 10 ml kon zentrierter Salpetersäure versetzt wird. Offensichtlich stellt das Nitrat ein Oxidationsmittel dar und entfernt das Chlorid. Das erhaltene Produkt sollte aus weißen Kristallen bestehen. Wenn sich ein schwarzer oder brauner Niederschlag gebildet hat, ist dies ein Anzeichen dafür, daß noch Na₂Au₂Cl₈ vorhanden ist. Sofern dies der Fall ist, muß man das Verfahren erneut bei Stufe (1) beginnen.

(11) Wurden weiße Kristalle erhalten, wird die Lösung durch Sieden so weit eingeengt, daß gerade trockene Kristalle er halten werden. Hierbei ist es wichtig, nicht zu überhitzen, d.h. die Kristalle verbacken zu lassen.

(12) Die Kristalle werden mit 5 ml konzentrierter Salpeter säure versetzt, worauf das Ganze erneut bei Siedetemperatur bis zum Zustand des gerade Trockenwerdens eingeengt wird. Auch hierbei ist es wieder wichtig, nicht zu überhitzen bzw. den Verdampfungsrückstand verbacken zu lassen. In den Stufen (11) und (12) erfolgt eine vollständige Umwandlung des Produkts in ein Natrium-Goldnitrat. Es sind keine Chloride mehr vorhanden.

(13) Nach Zugabe von 10 ml entionisierten Wassers wird das Ganze erneut bei Siedetemperatur zur Bildung gerade trockener Salze eingeengt. Die Stufe wird nochmals wieder holt. In dieser Stufe erfolgt eine vollständige Isolierung jeglichen Überschusses an Salpetersäure.

(14) Danach wird das gerade trockene Material mit ent ionisiertem Waser auf 80 ml verdünnt. Die Lösung besitzt einen pH-Wert von etwa 1. In dieser Stufe erfolgt eine Dissoziation des Nitrats zu NaAu in Wasser mit einer ge ringen Menge an Rest-HNO₃.

(15) Der pH-Wert wird sehr langsam mit verdünntem Natrium hydroxid auf 7,0 ±0,2 eingestellt. Hierbei wird jegliche freie Säure eliminiert, wobei in Wasser lediglich NaAu zurückbleibt.

(16) Das NaAu hydrolysiert mit dem Wasser und dissoziiert unter Bildung von HAu. Bei dem Produkt handelt handelt es sich um einen weißen Niederschlag in Wasser. Die Au-Atome enthalten an ihrer Oberfläche Wasser und erscheinen als voluminöses baumwollartiges Produkt.

(17) Der weiße Niederschlag wird von etwa vorhandenen dunkelgrauen Feststoffen abdekantiert und durch ein 0,45 µm Cellulosenitrat-Filterpapier filtriert. Etwaige dunkelgraue Feststoffe (Natriumaurid) sollten wieder aufgelöst und er neut mit Stufe (1) beginnend behandelt werden.

(18) Der abfiltrierte, auf dem Filterpapier befindliche weiße Niederschlag wird 2 h lang bei 120°C vakuumgetrocknet. Der trockene Feststoff (HAu · X H₂O) sollte von hellgrauer Färbung sein. Er läßt sich leicht vom Filterpapier entfer nen.

(19) Das monoatomare Gold wird in ein Porzellanschiffchen gefüllt und unter Inertgas bei 300°C gealtert, um Wasser stoff zu entfernen und ein chemisch und thermisch sehr sta biles weißes Goldmonomeres zu gewinnen.

(20) Nach dem Kühlen läßt sich das "gebrannte" weiße Gold durch Digerieren mit verdünnter Salpetersäure während etwa 1 h von Restspuren Natrium befreien.

(21) Das unlösliche weiße Gold wird mittels eines 0,45 µm Papiers filtriert und 2 h lang bei 120°C vakuumgetrocknet. Bei dem nach dem Abfiltrieren und Trocknen erhaltenen weißen pulverförmigen Produkt handelt es sich um reines G-OUME.

Das erfindungsgemäß hergestellte G-OUME zeigt die eingangs erwähnten Spezialeigenschaften, einschließlich einer kata lytischen Aktivität, spezieller magnetischer Eigenschaften, einer Sinterungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und einer Beständigkeit gegen den Angriff durch Königswasser und Cyanide.

Beispiel 2 Gewinnung von metallischem Gold aus einem G-OUMEs enthaltenden natürlich vorkommenden Material

(1) 300 g trockenes Material, das nach Durchführung übli cher Testverfahren als goldfrei bezeichnet wurde, wird auf eine Teilchengröße von weniger als 0,074 mm (200 mesh) ver mahlen und zusammen mit 120 g NaCl (Morton-Steinsalz), 10 g KBr und 2 l Leitungswasser in ein mit Elektroden ausge stattetes, etwa 3,8 l fassendes Gefäß gefüllt.

(2) Die Anode besteht aus einem Paar 9,525 mm×30,48 cm großer Kohlenstoffschweißstäbe, die mit einem Kupferdraht Nr. 10 umwickelt sind. Die Kathode besteht aus einem 35,56 cm langen Glasröhrchen eines Innendurchmessers von 41,275 mm mit einer Glasfritte mittlerer Porosität (ASTM 10-15 M) und einem darin befindlichen Streifen aus rostfreiem Stahl einer Größe von 2,54 cm×38,10 cm×1,587 mm in einer Lösung von 36 g/l NaCl (etwa 500 ml). Beide Elektro den tauchen in dasselbe Gefäß und werden mittels Klammern gehalten. Sie erstrecken sich etwa 12,7 cm in die Proben lösung hinein.

(3) Die Probe wird auf einen sich mit etwa 10 Umdrehungen/ Minute drehenden Drehtisch gestellt. Die Elektroden werden an eine Stromquelle aus einem 120 Volt-Variac in Verbindung mit einem 2-3 Ampere 400-600 Volt Spitzensperrspannungs- Gleichrichter angeschlossen. Eine 100 Watt-Glühbirne und die Elektroden sind in Reihe geschaltet. Die Gleichrichter last ist an die Anode geschaltet, da der Gleichrichter jeg liche negative Spannung herausfiltert und lediglich positive Spannung passieren läßt.

(4) Die Probe wird 6,5 h unter Last (Strom) gehalten. Der End-pH-Wert liegt im Bereich von 3-6,5. Die Spannung an der Elektrode beträgt 5 Volt.

(5) Nach dem Abschalten des Stroms darf sich die Probe absetzen. Die Lösung über dem abgesetzten Material wird mittels einer peristaltischen Pumpe dekantiert.

(6) 800 ml Probe werden in ein 1000 ml fassendes Becherglas gefüllt und mit 20 ml konzentrierter Schwefelsäure ver setzt.

(7) Unter Rühren wird die Lösung auf einer Heizplatte so lange am langsamen Sieden gehalten, bis ein gerade trocke ner Verdampfungsrückstand erhalten ist. "Gerade trocken" ist auch hier wie in Beispiel 1 definiert. Das gerade trockene Salz enthält Natriumgoldchlorid.

(8) Das gerade trockene Salz wird in 400 ml entionisiertem Wassers aufgenommen und erneut so lange eingedampft, bis der Verdampfungsrückstand gerade trocken ist. Zu diesem Zeitpunkt sollte keine Verfärbung feststellbar sein, d.h. die Lösung sollte klar sein.

(9) Das gerade trockene Salz wird in 400 ml 6M HCl aufge nommen und danach so lange eingeengt, bis ein gerade trocke ner Verdampfungsrückstand erhalten wird. Das Verdünnen und Einengen werden viermal wiederholt, und zwar abwechselnd mit entionisiertem Wasser und 6M HCl. Die Reihenfolge wird der art gesteuert, daß die letzte Wäsche mit 6M HCl erfolgt. Die Stufen (8) und (9) dienen dazu, sämtliche Spuren Hypo chloritoxidationsmittel zu entfernen.

(10) Die gerade trockenen Salze werden in 400 ml wasser freien Ethanols aufgenommen und etwa 10 min lang verrührt. In dieser Stufe wird das Goldchloridsalz unter Entfernen des Natriumchlorids in Lösung gebracht.

(11) Nach dem Rühren wird die Aufschlämmung auf einem Büchner-Trichter durch ein Filterpapier Nr. 42 filtriert.

(12) Das Filtrat wird langsam mit 5 ml konzentrierter Schwefelsäure versetzt und dann sich etwa 1 h lang setzen gelassen. Danach wird das Filtrat auf einem Büchner-Trichter durch ein Filterpapier Nr. 42 und schließlich durch ein 0,5 µm Teflon-Filter filtriert. Die Schwefelsäure fällt jegliches Calcium aus. Beim Filtrieren wird der Nieder schlag entfernt und ein hellgelbes Filtrat, aus dem sämtliche Spuren Calciumsulfat entfernt sind, aufgefangen.

(13) Die hellgelbe Lösung wird erneut so lange am Sieden gehalten, bis ein gerade trockener Verdampfungsrückstand erhalten wird. Hierbei wird dafür Sorge getragen, daß jeg liche Verkohlung vermieden wird. Zu diesem Zeitpunkt sollte kein weiteres Ethanol mehr entweichen und der gerade trockene Rückstand ungefärbt sein. Der Rückstand sollte einen süßen Geruch ähnlich dem von Karamelzucker aufweisen. Das Auftreten des süßen Geruchs zeigt den Endpunkt des Ein engens bei Siedetemperatur an.

(14) Der gerade trockene Rückstand wird in 600 ml ent ionisierten Wassers aufgenommen, um eine aus dem Goldaurid bestehende wasserlösliche Goldform bereitzustellen. Ge wünschtenfalls kann das G-OUME in dieser Stufe rein darge stellt oder in metallisches Gold umgewandelt werden. Zur Reindarstellung von Gold wird die Lösung in ein 1000 ml fassendes Becherglas gegossen und in einer Elektrolyseein heit entsprechend Fig. 2 aufgearbeitet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, enthält die Elektrolyseeinheit eine 220 Volt, 120 Ampere-Stromquelle (20), die an die Anode (12) und die Kathode (14) der Elektrolysezelle ange schlossen ist. Die Lösung wird mit Hilfe eines Magnet rührers (16) gerührt. Bei der Anode (12) handelt es sich um eine Goldelektrode einer Größe von 2 cm², auf die das in Lösung befindliche Gold niedergeschlagen wird. Die Kathode (14) besteht aus einer 6,8 cm² Platinelektrode in einer Nafion 117-Kammer (18). Bei Nafion 117 handelt es sich um eine handelsübliche Perfluorkohlenstoffsulfonsäure membran mit Protonenleitfähigkeit. Im Inneren der Nafion- Kammer befinden sich 200 ml Elektrolytlösung mit 5 ml Schwefelsäure pro 600 ml Elektrolytlösung. Es ist wichtig, die Nafion-Kammer zu jeder Zeit feucht zu halten. Das an den Elektroden liegende Potential wird gemessen, worauf weitere -2,2 Volt Potential angelegt und 2 h lang aufrecht erhalten werden.

(15) Nach den 2 h wird das Potential auf 3,0 Volt erhöht und etwa 18 h auf diesem Wert gehalten. Sowohl an der Gold- als auch an der Platinelektrode treten Blasen auf. Nach 3-4 h hat sich auf der Goldelektrode ein schwarzes Ma terial gebildet.

(16) Die Goldelektrode wird bei noch angelegter Spannung aus der Lösung entnommen und dann in einem Vakuumofen über Nacht bei 115°C getrocknet. Vor und nach der galvanischen Abscheidung wird die Elektrode gewogen, um die Menge an abgeschiedenem Gold zu ermitteln.

Das metallische Gold wurde im vorliegenden Beispiel aus einem natürlich vorkommenden Erz, das nach Durchführung üblicher Analysenverfahren als nicht goldhaltig anzusehen war, gewonnen.

Beispiel 3 Darstellung von Elementen der Platingruppe in monoatomarem Zustand (OUMEs) aus reinen Metallen

Die nicht-metallischen, monoatomaren Übergangselemente der Platingruppe werden wie folgt dargestellt:

(1) Eine ausgewählte Probe eines reinen Metalls oder von Metallsalzen aus der Gruppe Platin, Palladium, Ruthenium, Osmium, Rhodium oder Iridium, wird zu einem feinteiligen Pulver pulverisiert.

(2) 5,0 g eines einzigen ausgewählten pulverförmigen Metalls in elementarem Zustand werden gründlich mit 30 g Natriumperoxid und 10 g Natriumhydroxid (siliziumdioxidfrei) in einem Achatmörser mit Achatpistille gemischt.

(3) Die gemischte Probe wird in einen Zirkonschmelztiegel gefüllt und bei maximaler Hitze 30 min lang über einem Meeker-Brenner aufgeschmolzen.

(4) Nach dem Abkühlen der Schmelze wird der Schmelztiegel in ein 300 ml 6M HCl enthaltendes, 600 ml fassendes Becher glas überführt.

(5) Die Schmelze sollte sich vollständig in der HCl lösen. Nach dem Austragen des Schmelztiegels aus der Lösung und Spülen mit Waser wird die HCl-Lösung sorgfältig auf irgend welche unlöslichen Metalle oder Metalloxide hin untersucht. Wenn solche vorhanden sind, müssen sie abfiltriert und erneut gemäß Stufe (2) aufgeschmolzen werden.

(6) Die HCl-Lösung wird unter schwachem Sieden so weit eingeengt, daß ein gerade trockener Salzrückstand erhalten wird. "Gerade trocken" wird wie in Beispiel 1 definiert.

(7) Die gerade trockenen Salze werden in 300 ml einer wäßrigen Salzsäure eines pH-Werts von 1 aufgenommen und dann unter schwachem Sieden erneut bis zu einem Salzrückstand eingeengt. Je nach der gewählten Metallprobe handelt es sich zu diesem Zeitpunkt bei dem Salz um Alkalichloride nebst Alkali-Cluster-Edelmetalle-Metallchloriden.

(8) Die Maßnahmen der Stufen (6) und (7) werden viermal wiederholt, wobei dafür Sorge getragen wird, daß die Salze nicht verbacken.

(9) Die Salze werden mit 400 ml entionisierten Wassers ver dünnt.

(10) Die Lösung wird mit 30 ml konzentrierter Perchlorsäure versetzt und dann langsam auf Siedetemperatur erhitzt, um Perchlorsäuredämpfe abzurauchen.

(11) Die Stufen (9) und (10) werden drei weitere Male wieder holt. Wenn die Lösung vor dem Auftreten der Dämpfe aussalzt, müssen weitere 5 ml Perchlorsäure zugegeben werden, um die beim Abrauchen verlorengegangene Säure zu ersetzen. Wenn als Metall Ruthenium oder Osmium gewählt wurde, müssen die Stu fen (10), (11) und (12) unter Rückfluß und Rückwaschen mit Wasser durchgeführt werden, da Ruthenium und Osmium ver flüchtigen. Je nach der gewählten Metallprobe handelt es sich zu diesem Zeitpunkt bei den Salzen um alkali-monoatomare Edelelementoxide.

(12) Die Salze werden mit entionisiertem Waser auf 400 ml verdünnt.

(13) Der pH-Wert wird sehr langsam mit Natriumhydroxidlö sung eingestellt, bis die Lösung mehr als 12 h lang einen pH-Wert von 7,0 ±0,2 aufweist.

(14) Die Lösung wird einige h lang auf Siedetemperatur er wärmt, wobei laufend entionisiertes Wasser zugegeben wird, um das Lösungsvolumen während des gesamten Siedevorgangs auf 400 ml zu halten. Das Sieden wird so lange fortgesetzt, bis sich ein rötlich-brauner Hydroxidniederschlag gebildet hat. Dieser wird auf einer feinen Glasfritte abfiltriert.

(15) Der Hydroxidniederschlag wird von der Glasfritte mit 400 ml HCl eines pH-Werts von 1 abgelöst und dann etwa 10 min lang auf Siedetemperatur erhitzt. Wenn die Probe Rhodium oder Iridium enthält, sollte vor dem Sieden als Oxidations mittel Natriumbromat zugegeben werden.

(16) Die Lösung wird langsam mit Natriumbicarbonat auf einen pH-Wert von 7 neutralisiert, danach erneut auf Siede temperatur erhitzt und schließlich abkühlen gelassen.

(17) Der hierbei gebildete Niederschlag wird erneut durch eine feine Glasfritte abfiltriert. Je nach der ausgewählten Metallprobe handelt es sich zu diesem Zeitpunkt bei dem Material um ein einatomares Edelelementhydroxid.

(18) Das Hydroxid wird zusammen mit dem Filter etwa 12 h lang bei 120°C vakuumgetrocknet.

(19) Das getrocknete Material wird sorgfältig von dem Filter auf ein Quarzglühschiffchen überführt.

(20) Das Glühschiffchen wird in einen kalten Röhrenofen gestellt, worauf die Temperatur langsam (2°C/min) unter Wasserstoffatmosphäre auf 600°C erhöht wird. Letztere Temperatur wird 1 h aufrechterhalten, worauf unter Wasser stoff langsam (2,5°C/min) auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Schließlich wird die Probe etwa 1 h lang mit Argon gespült, um eingeschlossenen Wasserstoff auszutreiben. Das Material, ein OUME, besteht aus einem grauschwarzen Pulver, das sich bei einer Röntgenstrahlanalyse als voll ständig amorph erweist. In anderen Worten gesagt, wurde im vorliegenden Beispiel ein bestimmtes reines Edelmetall pulver in eine nicht-analysierbare Form überführt.

Die OUMEs (der jeweils gewählten Elementproben) sind zu diesem Zeitpunkt infolge des d-Bahnlochs oder der d-Bahn löcher (positive(s) Loch (Löcher)) orbital umgelagert. Die OUMEs lassen sich durch das Auftreten eines Infrarotdubletts zwischen 1400 und 1600 cm^-1 identifizieren. Das Dublett zeigt die Anwesenheit des sich zwischen den d- und s-Bahnen bewegenden Elektronenpaars.

Die verschiedenen Materialien lassen sich sich auf den verschiedensten beschriebenen Anwendungsgebieten, z.B. als Katalysator in einer elektrochemischen Zelle, ein setzen.

Beispiel 4 Verfahren zur Abtrennung von Elementen der Platingruppe (PGEs) aus einem OUME-haltigen Erz

Die Klasse von Erzen, die eine Behandlung zur Bildung von OUMEs erfahren, zeigt bei der Analyse mit üblichen Analysen geräten, wie sie zur Bestimmung von Metallen der Platin gruppe (PGM) Anwendung finden, daß im wesentlichen keine Metalle dieser PGM-Gruppe vorhanden sind.

Bei der Abtrennung von PGEs aus einem Erz ist die Vorbe handlung der Erzprobe ausschlaggebend. Wenn die Probe nicht in geeigneter Weise aufbereitet wird, lassen sich die PGEs in ihrem OUME-Zustand praktisch nicht abtrennen. Die abge trennten Elemente liegen nicht zwangsläufig in einem OUME- Zustand vor.

Der Zweck der Vorbehandlung ist vornehmlich die Entfernung von Siliziumdioxid. Die Vorbehandlung besteht in einem Vermahlen und Pulverisieren des Erzes zu einem feinen Pulver (bis 0,074 mm = bis 200 mesh). Eine Probe von 50 g des pulverisierten Erzes und 100 g Ammoniumbifluorid (NH₄HF₂) werden abgewogen und in einen 1000 ml Teflon-Becher gefüllt. Danach werden das Erz und NH₄HF₂ mit destilliertem Wasser an gefeuchtet und mit etwa 200 ml HF (Fluorwasserstoffsäure) versetzt. Auf eine Heizplatte wird danach die Probe zur Trockene eingedampft. Diese Maßnahme wird viermal jeweils mit mehr HF wiederholt. Danach wird die Probe in eine Platin schale überführt und auf heißer Flamme gebrannt, bis sie eine schwach rotbraune Farbe annimmt. Nach dieser Behandlung ist der Hauptteil des Siliziumdioxids als H₂SiF₆ (weiße Dämpfe, die während des Brennens entweichen) entfernt.

Nun wird die Probe zusammen mit 200 g NaNO₃ (Natriumnitrat) und 500 g Na₂CO₃ (Natriumcarbonat) in einen Zirkonschmelz tiegel gefüllt und anschließend mittels eines Fisher-Brenners und eines Propan-Brenners zu einer rotglühenden Schmelze aufgeschmolzen. In abgekühltem Zustand sollte das aufge schmolzene Material aquamarinblau oder hellbraun sein. Die hellbraune Färbung deutet darauf hin, daß die Probe die aquamarinblaue Färbung durchschritten hat. Dadurch entstehen keine Probleme bei der folgenden Abtrennung und Bestimmung der PGEs. Kühlt das geschmolzene Material zu einer hellgrünen Farbe ab, wurde nicht genügend erschmolzen. Es muß erneut aufgeschmolzen werden, bis das Schmelzematerial den aquamarin blauen Endpunkt erreicht.

In den das gekühlte Schmelzematerial enthaltenden Zirkon schmelztiegel werden ein X-förmiger, mit Teflon beschichteter Rührstab und eine Mindestmenge an destilliertem Wasser einge tragen, worauf der Schmelztiegel in ein Becherglas gestellt und mit einem Uhrglas bedeckt wird. Anschließend wird das Becherglas auf eine Rührplatte gestellt, um die Probe aus dem Schmelztiegel herauszuschlämmen bzw. herauszulösen. Da bei sollte nur eine Mindestmenge an destilliertem Wasser verwendet werden. Die Probe ist nun destillationsbereit.

1. Destillation und Abtrennung von Osmium und Ruthenium

Die ersten PGEs werden durch Perchlorsäure-Destillation ab getrennt, wobei Ruthenium und Osmium als RuO₄ und OsO₄ ab getrieben werden. Platin, Palladium, Rhodium und Iridium verbleiben im Destillationskolben. Die Destillationsvor richtung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Verwendet werden 5 g Erzprobe.

Zu Fig. 3 gelten folgende Erläuterungen:
Kolben Nr. 1 besitzt ein Volumen von 500 ml und enthält 5 g Erz in 250 ml Lösung/Aufschlämmung.
Kolben Nr. 2 besitzt ein Volumen von 250 ml und enthält 60 ml 1 : 1 HCl und 15 ml 30% H₂O₂.
Kolben Nr. 3 besitzt ein Volumen von 50 ml und enthält 20 ml 1 : 1 HCl und 15 ml 30% H₂O₂.
Kolben Nr. 4 besitzt ein Volumen von 200 ml und enthält 100 ml 1 : 1 HCl, die mit SO₂ (Schwefeldioxid) gesättigt ist.
Die Kolben Nr. 5 und Nr. 6 besitzen ein Volumen von 100 ml und enthalten 60 ml 1 : 1 HCl, die mit SO₂ gesättigt ist.

Sämtliche Kolben sind miteinander mit Glasleitungen verbunden und weisen geschliffene Glaskugel- und Muffenanschlüsse auf.

Die Destillation läuft wie folgt ab: Es wird ein geschlosse nes System mit N₂ (Stickstoff) als Trägergas für RuO₄ und OsO₄ verwendet. In den Kolben Nr. 1 werden langsam aus dem Scheidetrichter 10 60 ml 70% HClO₄ (Perchlorsäure) eingetra gen. Nach beendetem HClO₄-Eintrag wird der Kolben erwärmt. Bei einer Temperatur von 105° bis 112°C läßt sich ein in den Kolben Nr. 2 strömender weißer Nebel beobachten. Mit dem Er wärmen wird so lange fortgefahren, bis bei etwa 175°C HClO₄- Dämpfe überzugehen beginnen. Nun wird weiter auf 210°C er wärmt. Ab dieser Temperatur steigt die Temperatur nicht mehr. Danach wird das System auf 100°C gekühlt. Zu diesem Zeit punkt werden in den Kolben Nr. 1 20 ml 70% HClO₄ und 20 ml destilliertes Wasser eingetragen, und zwar wiederum über den Scheidetrichter. Nach nochmaligem Erwärmen des Systems auf 210°C wird dieses wiederum auf 100°C gekühlt. Nach Zugabe von 10 ml 70% HClO₄ und 10 ml destillierten Wassers in den Kolben Nr. 1 wird die Probe wiederum auf 210°C erwärmt. Schließlich wird die Destillation nochmals - wie beschrie ben - wiederholt.

Nach der vierten Destillation wird die Wärmequelle am Kolben Nr. 1 abgeschaltet und der Kolben Nr. 2 erwärmt. Der Inhalt des Kolbens Nr. 2 wird langsam zum Sieden gebracht, um et waiges OsO₄ von der RuO₄-Fraktion abzutreiben. Das Stick stoffspülgas strömt hierbei weiter und muß gesteuert werden, um einen Rückfluß zu verhindern. Mit dem Sieden wird so lange fortgefahren, bis der Kolben Nr. 3 nahezu voll ist oder das H₂O₂ nahezu vollständig aus dem Kolben Nr. 3 ausge trieben ist. Die Anwesenheit von H₂O₂ gibt sich durch Aus bildung kleiner Bläschen auf der gesamten Gasoberfläche zu erkennen. Danach wird das gesamte System auf Raumtemperatur gekühlt, wobei während des Kühlvorgangs kontinuierlich gas förmiger Stickstoff durch das System strömengelassen wird.

Die Destillat aufnehmenden Kolben werden nun abmontiert. Die Kolben Nr. 4, Nr. 5 und Nr. 6 enthalten die Osmiumfraktion als OsO₄. Diese werden in einem 600 ml fassenden Becherglas vereinigt. Die Kolben Nr. 2 und Nr. 3 enthalten die Ruthenium fraktion als RuO₄, deren Inhalt wird ebenfalls in einem 600 ml fassenden Becherglas vereinigt. Der Inhalt des Kolbens Nr. 1, der Platin, Palladium, Rhodium und Iridium enthält, verbleibt im Destillationskolben, um - wie in Abschnitt 4 noch be schrieben werden wird - durch Eindampfen zur Trockene HClO₄ zu entfernen. Diese Fraktionen sind nun für eine weitere Analyse und Auftrennung bereit. Die Osmium- und Ruthenium fraktionen müssen 16-24 h in Lösung bei Raumtemperatur ab setzen gelassen werden, bevor man mit den Stufen (2) und (3) fortfährt.

2. Abtrennung von Osmium

Das Osmiumdestillat wird nach 16- bis 24stündigem Setzen lassen bei Raumtemperatur wie folgt aufgearbeitet: Die aus der Destillation stammende Osmiumfraktion wird langsam auf etwa 10 ml Lösung eingeengt. Nach Zugabe von 25 ml kon zentrierter HCl (Chlorwasserstoffsäure) wird die Probe er neut auf etwa 10 ml eingeengt. Diese Maßnahmen werden 5mal wiederholt. Beim letzten Digerieren wird die Probe sorg fältig auf feuchte Salzform gebracht, dann mit destillier tem Wasser auf 200 ml verdünnt und schließlich auf Siede temperatur erwärmt. Die heiße Lösung wird durch ein Whatman- Filterpapier Nr. 42 filtriert, wobei mit einer Mindestmenge 0,1N HCl nachgewaschen wird.

Nach dem Kühlen auf etwa 40°C wird der pH-Wert der Probe langsam mit Hilfe eines geeichten pH-Meters unter Verwen dung einer gesättigten NaHCO₃ (Natriumbicarbonat)-Lösung und unter kräftigem Rühren auf einen Wert von 4 eingestellt. Anschließend wird die Lösung 5-10 min lang schwach am Sie den gehalten, dann von der Heizquelle entnommen und schließ lich mindestens 12 h lang stehengelassen. Bei den Osmium niederschlägen handelt es sich um ein rötlich-braunes hydratisiertes Dioxid.

Die Lösung wird anschließend unter Verwendung eines Tiegel halters nach Walter durch einen trockenen, austarierten Porzellanfiltertiegel filtriert. Der Hauptteil der Lösung wird durch den Filtertiegel dekantiert, wobei dafür Sorge getragen wird, den Niederschlag nicht aufzuwirbeln. Ein trockensaugendes Filter sollte vermieden werden. Die letzten 100-200 ml Lösung mit dem Niederschlag werden in den Fil tertiegel gegossen. Es muß dafür Sorge getragen werden, daß der Niederschlag augenblicklich mit heißer 1%iger W/V NH₄Cl- Lösung, die bei der Zubereitung durch einen 0,45 µm Pfropfen filtriert wurde, gespült wird. Zum gründlichen Ausschrubben des Becherglases bedient man sich eines angefeuchteten Gummiwischers. Nach jedem Ausschrubben wird mit heißer 1%iger NH₄Cl-Lösung gespült.

Der Porzellantiegel wird über Nacht bei 105°C in einem Vakuumofen getrocknet. Danach wird der abgekühlte, trockene Porzellantiegel gewogen. Die ungefähre Osmiummenge wird aus dem ermittelten OsO₂-Gewicht errechnet.

Während der Porzellantiegel wiederum unter Vakuum gehalten wird, wird der Niederschlag mit zwei aliquoten Teilen von jeweils 20 ml gesättigter NH₄Cl-Lösung gespült. 100-200 mg des festen NH₄Cl werden auf dem Niederschlag belassen, worauf 1-2 h bei 100°C in einem Vakuum schwach getrocknet wird.

Die Probe ist nun für eine Wasserstoffreduktion in einem Röhrenofen bereit. Der Filtertiegel wird auf seiner Seite in ein Quarzrohr gelegt, worauf letzteres in das Zentrum des Ofens eingeführt wird. Durch den Ofen werden nun gasförmiges Argon und gasförmiger Wasserstoff strömengelassen. Unter langsamer Temperaturerhöhung wird der Niederschlag - ohne entzündet zu werden - entwässert. Nach dem Abschalten des Argonstroms fließt nur noch ein Wasserstoffstrom. Nun wird so lange auf 360° bis 375°C erwärmt, bis das gesamte NH₄Cl sublimiert ist.

Nun wird mit dem Erwärmen des Niederschlags lediglich in Wasserstoff während 20 min auf 500°C fortgefahren, um die Reduktion zu metallischem Osmium zu vervollständigen. Nach dem Abkühlen des Filtertiegels in Wasserstoff auf Raum temperatur wird der Wasserstoff 20 min lang durch Kohlen dioxid ersetzt, um jegliche Oxidation bei der ersten Ein wirkung von Luft auf das reduzierte Metall zu verhindern. Schließlich wird das elementare Osmium ausgewogen.

3. Abtrennung von Ruthenium

Das Rutheniumdestillat wird nach 16- bis 24stündigem Ab setzen bei Raumtemperatur wie folgt aufgearbeitet: Die aus der Destillation stammende Rutheniumfraktion wird durch langsames Verdampfen auf etwa 10 ml Lösung eingeengt. Nach Zugabe von 25 ml konzentrierter HCl wird die Probe erneut auf etwa 10 ml digeriert. Diese Maßnahmen werden 5mal wie derholt. Beim letzten Digerieren wird die Probe auf einem Dampfbad sorgfältig auf feuchte Salzform gebracht. Die Probe darf nicht warm genug sein, damit (evtl. vorhandene) Spuren HClO₄ das Ruthenium rückoxidieren. Nach Zugabe von 200 ml destillierten Wassers wird die Lösung zum Sieden erwärmt. Anschließend wird die heiße Lösung durch ein Whatman-Filter papier Nr. 42 filtriert. Nachgespült wird mit einer Mindest menge 0,1N HCl.

Nach dem Abkühlen auf etwa 40°C wird der pH-Wert der Probe langsam mittels eines geeichten pH-Meters unter kräftigem Rühren mit einer gesättigten NaHCO₃-Lösung auf einen Wert von 6 eingestellt. Nun wird die Lösung 5-10 min lang am schwachen Sieden gehalten, bevor anschließend die Wärme quelle entfernt wird. Nun darf die Probe mindestens 12 h lang stehen bleiben. Das Ruthenium fällt als gelblich- braunes hydratisiertes Dioxid aus.

Die Lösung wird durch ein ascheloses Whatman-Filterpapier Nr. 42, das mit 1% W/V (NH₄)₂SO₄ (das bei seiner Herstellung durch einen 0,45 µm Pfropfen filtriert worden war) ange feuchtet wurde, filtriert. Der Hauptteil der Lösung wird durch das Filterpapier dekantiert. Hierbei wird dafür Sorge getragen, daß der Niederschlag nicht aufgewirbelt wird. Die letzten 100-200 ml Lösung mit dem Hauptteil des hydrati sierten Oxids werden auf einmal auf das Papier gegossen. Zum gründlichen Schrubben des Bechers bedient man sich eines feuchten Gummiwischers. Zur Vervollständigung der Übertragung wird ein Stück mit 1% W/V (NH₄)₂SO₄ angefeuchtetes asche loses Filterpapier Nr. 42 verwendet. Der Niederschlag wird zweimal mit heißer 1%iger W/V (NH₄)₂SO₄-Lösung und einmal mit 2,5%iger W/V (NH₄)₂SO₄-Lösung gewaschen, worauf das Filter bis zu einem möglichst trockenen Zustand ablaufen gelassen wird.

Das Papier wird nun in ein austariertes Quarzschiffchen gelegt und in einem Ofen bei 110°C schwach getrocknet.

Das Quarzschiffchen wird schließlich zum endgültigen Glühen und zur Reduktion in dem Röhrenofen in ein Quarzrohr einge bracht. Beginnend bei einer Temperatur unter 100°C wird über die Probe genug Luft geleitet, um das Papier ohne mechanischen Verlust an Niederschlag zu entzünden. Die Ofentemperatur wird nun langsam auf 500°C erhöht und auf diesem Wert gehalten, bis das Papier vollständig verbrannt ist. Das Quarzschiffchen wird nun aus der Heizzone heraus gezogen und auf 150°C oder weniger abkühlen gelassen. Das Quarzrohr wird mit Argon und danach mit Wasserstoff ge spült. Die Wasserstoffreduktion wird nun, während sich die Probe in der Heizzone bei 500°C und anschließend während 20-30 min bis zu 600°C befindet, beendet.

Nach dem Herausziehen der Probe aus der Heizzone wird diese unter ständigem Darüberleiten von Wasserstoff auf unter 100°C abkühlen gelassen. Anschließend erfolgt die Kühlung mit Kohlendioxid auf Raumtemperatur (während etwa 10-15 min).

Das gekühlte Ruthenium wird zweimal mit 1%iger W/V (NH₄)₂SO₄-Lösung gewaschen, um die letzten Spuren an lös lichen Salzen herauszulösen. Schließlich wird erneut, wie beschrieben, an Luft und unter Wasserstoff gekühlt. Dann wird das elementare Ruthenium ausgewogen.

4. Abtrennung von Platin

Die Platin-, Palladium-, Rhodium- und Iridiumfraktion in HClO₄ aus der Destillation wird in einem Becherglas zur Trockene ein gedampft. Diese Maßnahme erfordert einen erheblichen Zeitauf wand und beträchtliche Sorgfalt, da HClO₄ abraucht. Nachdem die Probe den Zustand eines trockenen Salzes angenommen hat und kalt ist, werden destilliertes Wasser und konzentrierte HCl zugegeben. Danach wird die Probe erneut eingedampft. Die Wasser- und HCl-Behandlung wird zwei weitere Male wiederholt. Nachdem die Probe das letzte Mal eingedampft ist, wird sie mit destilliertem Wasser auf 300 ml verdünnt. Nun ist die Probe zur Abtrennung von Platin von Rhodium, Palladium und Iridium bereit. Zu diesem Zweck kann man sich entweder eines Ionenaustauschverfahrens, das der Gewinnung größerer Mengen abgetrennter OUMEs dient, oder einer nicht genauen quantitati ven Abtrennung bedienen. Die folgende Beschreibung erläutert die quantitative Abtrennung.

Die Probe wird auf Siedetemperatur erwärmt, dann mit 200 ml 10%iger W/V NaBrO₃ (Natriumbromat)-Lösung versetzt und schließlich erneut auf Siedetemperatur erhitzt. Nachdem die Probe die Siedetemperatur erreicht hat, wird sie von der Wärmequelle entfernt und auf 40°C abgekühlt. Danach wird mit Hilfe eines geeichten pH-Meters mittels gesättigter NaHCO₃-Lösung der pH-Wert der Probe auf 6 eingestellt. Nach Zugabe von 100 ml 10%iger NaBrO₃-Lösung wird die Lösung 15 min lang am schwachen Sieden gehalten. Danach wird die Probe abgekühlt. Der hierbei ausgefallene Niederschlag darf dann 20-30 min lang koagulieren.

Schließlich wird die Probe auf einer Glasfritte mittlerer Porosität filtriert. Die Glasfritte wird mit 1% NaCl-Lösung eines pH-Werts von 6,5-7,5 (die während ihrer Herstellung durch einen 0,45 µm Pfropfen filtriert wurde) gewaschen. Das Filtrat enthält das Platin, der Niederschlag enthält Palladium, Rhodium und Iridium als PdO₂, RhO₂ und IrO₂ in hydratisierter Form. Der Niederschlag wird mit 6N HCl wieder aufgelöst, auf Siedetemperatur erwärmt und, wie beschrieben, zwei- oder mehrmals umgefällt, um eine vollständige Abtrennung des Platins von Palladium, Rhodium und Iridium sicherzustellen.

Die Filtrate aus den drei Fällungen werden in einem 1000 ml fassenden Becherglas vereinigt und mit 50 ml konzentrierter HCl versetzt. Zur Entfernung von Proben und eventuell noch vorhandener Spuren HClO₄ wird die Probe dann zur Trockene eingedampft. Danach werden 50 ml Wasser und 50 ml konzen trierter HCl zugegeben. Es wird erneut zur Trockene einge dampft. Das Ganze wird zwei weitere Male wiederholt. Beim letzten Eindampfen wird jedoch nicht zur Trockene, sondern nur bis zu einem Zustand feuchter Kristalle eingedampft. Nach dem Verdünnen der Probe mit destilliertem Wasser auf 200 ml werden 40 ml HCl zugegeben.

Die Probe wird nun bis zum schwachen Sieden erwärmt, worauf durch die Probe 10 min lang ein Strom von gasförmigem H₂ (Wasserstoff) geleitet wird. Anschließend wird unter Fort setzung des Hindurchleitens von Wasserstoff durch die Lösung ein H₂S (Schwefelwasserstoff)-Strom hindurchgeleitet. Unter weiterem Durchleiten von H₂S wird die Lösung abkühlen ge lassen. Das Platin ist als braun-schwarzes PtS₂ ausgefallen.

Die Feststoffe werden durch ein ascheloses Whatman-Filter papier Nr. 42 filtriert. Der Filterrückstand wird mit 1%iger V/V HCl gewaschen. Filter und Niederschlag werden in einen austarierten Porzellantiegel überführt, worauf das Filter schwach getrocknet wird. Anschließend wird der Rückstand mittels eines Meeker-Brenners an Luft bei Rotglut verbrannt. Der Metallrückstand wird mit 1%iger V/V HCl ausgelaugt und auf ein zweites ascheloses Filterpapier Nr. 42 gewaschen. Anschließend wird der Rückstand gründlich mit heißem destillierten Wasser gewaschen. Das Filterpapier wird in denselben Porzellantiegel überführt, getrocknet und mit tels eines Meeker-Brenners auf Rotglut erhitzt. Schließlich wird der Rückstand als metallisches Platin ausgewogen. Der PtS₂-Niederschlag läßt sich auch in dem Röhrenofen unter H₂ reduzieren.

5. Abtrennung von Palladium

Der in Stufe (4) übriggebliebene Niederschlag der hydrati sierten Dioxide von Palladium, Rhodium und Iridium wird in 1000 ml 6N HCl gelöst und mit destilliertem Wasser auf 4000 ml verdünnt. Danach wird die Probe durch ein 0,45 µm Filter filtriert. Zu der Lösung wird nun eine ausreichende Menge 1% W/V Dimethylglyoxim in 95% Ethanol (250 ml) zugegeben, um das gesamte Palladium unter schwa chem Sieden auszufällen. Danach wird die Probe mindestens 1 h lang beiseite gestellt und schließlich in einen aus tarierten Porzellanfiltertiegel filtriert. Nachgewaschen wird mit 0,1N HCl und anschließend mit Wasser. Das Filtrat wird für die Rhodium- und Iridiumabtrennung aufgehoben. Der Niederschlag wird mit 1100°C getrocknet, worauf der gelbe Feststoff als Palladiumdimethylglyoxim ausgewogen wird. Das Palladium macht 31,67% W/W des gesamten Niederschlags aus.

6. Abtrennung von Rhodium

Das Filtrat aus der ersten Palladiumfällung wird auf 500 ml verdünnt und mit 10 ml konzentrierter H₂SO₄ und 10 ml konzentrierter HNO₃ versetzt. Anschließend wird das Filtrat unter Erwärmen eingedampft, bis schwere H₂SO₄-Dämpfe ent weichen. Nach dem Abkühlen werden 10 ml konzentrierter HNO₃ zugegeben, worauf erneut bis zum Entweichen von Dämpfen er wärmt wird. Diese Behandlung wird so lange wiederholt, bis keine weitere Verkohlung mehr erfolgt und sämtliche organi sche Substanzen zerstört sind. Die restliche Lösung wird dann gekühlt und mit 20 ml Wasser versetzt. Das Eindampfen unter Erwärmen bis zum Entweichen schwerer Dämpfe wird nochmals wiederholt. Anschließend wird zweimal mit Wasser gewaschen, um etwa vorhandene, bei der Rhodiumbestimmung störende Nitrosoverbindungen zu zerstören.

Nach dem Verdünnen auf 200 ml wird die Lösung auf Siede temperatur erwärmt. Nun wird eine Lösung von 20% TiCl₃ (Titan(III)-chlorid) zutropfen gelassen, bis die Lösung eine schwache Rosafärbung angenommen hat. Danach wird die Lösung 2 min lang auf Siedetemperatur erhitzt, abgekühlt und durch ein ascheloses Whatman-Filterpapier Nr. 42 filtriert. Wenn irgendwelches Rhodium ausgefallen ist, wird das Papier mit 0,9N H₂SO₄ gewaschen. Anschließend wird das Filterpapier in 5 ml konzentrierter H₂SO₄ verkohlt. Zum Er wärmen und Zerstören jeglichen organischen Materials (vgl. oben) werden 5 ml HNO₃ zugegeben. Nach dem Verdünnen der Lösung mit 50 ml Wasser wird sie mit dem Filtrat aus der TiCl₃-Fällung vereinigt.

Das Rhodium wird vom Iridium durch Entfernen des über schüssigen Titans bei einer Cupferron-Extraktion mit Chloro form abgetrennt. Die Lösung wird in einem Eisbad abge schreckt und in einen 500 ml fassenden Scheidetrichter ge füllt. Zu dem Trichterinhalt werden aliquote Teile von 5 ml abgeschreckter 6%iger wäßriger Cupferron-Lösung zuge geben, wobei eine milchig-gelbe Lösung entsteht. Wenn die Cupferron-Lösung dunkel wird, sollte sie mit Aktivkohle behandelt und durch einen 0,45 µm Pfropfen filtriert werden. Das Titan wird in aliquote Teile von 25 ml kalten Chloro forms extrahiert. Bei dem Extrakt handelt es sich um eine klare gelbe Lösung, die in einen Abfallbehälter gegossen wird. Wenn keine weitere Gelbfärbung mehr extrahiert wird, werden weitere 5 ml Cupferron-Lösung zugegeben. Nach Zugabe zahlreicher aliquoter Teile zur Entfernung des gelben Titan cupferrats nimmt der Extrakt eine rotbraune Färbung an. Diese Fraktion wird in einem getrennten Becherglas als Rhodiumfraktion aufbewahrt. Sämtliche danach folgenden Extrakte werden mit der Rhodiumfraktion in einem 600 ml Becherglas vereinigt. Die Extraktion ist vollständig, wenn ein aliquoter Teil der Cupferron-Lösung die Lösung milchig- weiß macht und der Chloroformextrakt klar bis sehr hell grün ist. Die Lösung wird für die Iridiumabtrennung auf gehoben.

Der Extrakt wird zur Trockene eingedampft, wobei das Chloroform von der Rhodiumfraktion abgetrennt wird. Nach Zugabe von 50 ml Königswasser wird die Probe zur Trockene eingedampft, um organisches Material zu zerstören. Nach Zugabe von 10 ml konzentrierter H₂SO₄ und 10 ml HNO₃ wird bis zum Auftreten von Dämpfen erwärmt. Die HNO₃-Behandlung wird so lange wiederholt, bis keine weitere Verkohlung mehr stattfindet und sämtliches organisches Material zer stört ist. Nun wird die Lösung gekühlt und mit 20 ml Wasser versetzt, worauf erneut bis zum Auftreten von schweren Dämpfen eingedampft wird. Das Waschen mit Wasser wird zweimal wiederholt, um etwa vorhandene Nitrosover bindungen zu zerstören.

Nun wird die Probenlösung mit Wasser auf 200 ml verdünnt. Nach Zugabe von 10 ml 10%iger NaBrO₃-Lösung wird die Probe zum Sieden erwärmt. Anschließend wird die Probe auf 40°C abgekühlt und mit NaHCO₃ auf einen pH-Wert von 6,0 einge stellt. Nach Zugabe von 10 ml NaBrO₃ wird die Probe wiederum auf Siedetemperatur erhitzt. Anschließend wird sie abgekühlt und durch einen abgewogenen Porzellantiegel filtriert. Nach dem Trocknen der Probe in einem Vakuumofen wird der Nieder schlag als RhO₂ ausgewogen.

Die Reinigung des Materials erfolgt durch Auflösen des RhO₂- Niederschlags aus dem gewogenen Tiegel mit 6N HCl, Ein dampfen bis zum Zustand fester Salze und Weiterverarbeitung in der geschilderten Weise.

Das Rhodiumoxid wird aus dem gewogenen Tiegel mit Hilfe 20%iger V/V H₂SO₄-Lösung entfernt. Danach wird die Lösung mit Wasser auf 200 ml verdünnt und schließlich zum Sieden erwärmt. Hierauf wird bei Siedetemperatur so viel 20%ige TiCl₃-Lösung zutropfen gelassen, bis die Lösung eine schwa che Rosafärbung angenommen hat. Es bildet sich ein Rhodium niederschlag. Dann wird die Lösung auf 40°C abkühlen ge lassen. Wenn sie ihre Färbung verliert, wird sie erneut auf Siedetemperatur erwärmt und mit mehr TiCl₃ versetzt. Wenn die Färbung bleibt, wird die Probenlösung durch ein asche loses Whatman-Filterpapier Nr. 42 filtriert. Der Filterrück stand wird so lange mit heißer 10%iger V/V H₂SO₄ gewaschen, bis das Filtrat aufhört, mit H₂O₂ den orangen Titankomplex zu zeigen. Danach wird weitere zweimal gewaschen.

Das Rhodium wird, wie beschrieben, wieder in Lösung gebracht, um das organische Material zu zerstören. Durch Zugabe von 10 ml konzentrierter H₂SO₄ und 10 ml HNO₃ wird das Papier verkohlt. Die HNO₃-Behandlung wird so lange wiederholt, bis keine weitere Verkohlung mehr stattfindet und sämtliches organisches Material zerstört ist. Nach dem Abkühlen wird die Lösung mit 20 ml Wasser versetzt und dann erneut bis zum Auftreten von schweren Dämpfen eingedampft. Die Wasser behandlung wird zweimal wiederholt, um sämtliche etwa vor handenen Nitrosoverbindungen zu zerstören.

Nun werden 20 ml Wasser und 10 ml konzentrierter HCl zuge geben. Beim schwachen Sieden der Lösung während 15 min wird das Rhodium in einen Zustand gebracht, aus dem es als Sulfid ausgefällt werden kann. Während der Behandlung ändert sich die Färbung der Lösung von gelb nach rosenrot.

Nun wird die Lösung durch ein Whatman-Filterpapier Nr. 42 filtriert. Der Filterrückstand wird mit 1%iger V/V HCl gewaschen. Schließlich wird die Lösung mit Wasser auf 400 ml verdünnt.

Das Rhodium wird aus der am Sieden gehaltenen Lösung als Sulfid ausgefällt, indem durch die Lösung ein rascher H₂S (Schwefelwasserstoff)-Strom hindurchgeleitet wird. Unter weiterem Hindurchleiten von H₂S wird die Lösung abkühlen gelassen. Das hierbei ausgefallene braun-schwarze Rhodium sulfid darf sich absetzen.

Das gebildete Sulfid wird durch ein ascheloses Whatman- Filterpapier Nr. 42 filtriert. Der Filterrückstand wird mit 2,5%iger V/V H₂SO₄ und letztlich mit 1%iger V/V HCl ge waschen. Schließlich wird das Filterpapier in einem aus tarierten Quarzschiffchen schwach getrocknet.

Das Schiffchen wird zum Glühen und zur Reduktion in dem Röhrenofen in ein Quarzrohr eingebracht. Bei einer Tempera tur unter 100°C wird über die Probe genügend Luft geleitet, um das Papier ohne mechanischen Verlust von Niederschlag zum Brennen zu bringen. Die Ofentemperatur wird nun langsam auf 500°C erhöht und bis zum vollständigen Verbrennen des Papiers auf dieser Temperatur gehalten. Danach wird noch weitere 20 min bei 900°C an Luft geglüht. Anschließend wird der Tiegel aus der Heizzone herausgezogen und auf 200°C oder weniger abkühlen gelassen. Das Rohr wird dann zunächst mit Argon und schließlich mit Wasserstoff gespült. Die Wasserstoffreduktion wird, während sich die Probe in der Heizzone bei einer Temperatur von 900°C befindet, während 20-30 min vervollständigt.

Nun wird die Probe aus der Heizzone herausgezogen, um sie - unter weiterem Darüberleiten von Wasserstoff - auf unter 100°C abzukühlen. Beendet wird die Kühlung auf Raum temperatur während 10-15 min mit Hilfe von Kohlendioxid.

Das gekühlte Rhodium wird zweimal durch Dekantieren mit kalter 1%iger W/V (NH₄)₂SO₄-Lösung gewaschen, um die letzten Spuren löslicher Salze auszuwaschen. Nach schwa chem Trocknen wird erneut, wie beschrieben, an Luft und unter Wasserstoff geglüht. Das elementare Rhodium wird schließlich ausgewogen.

7. Abtrennung von Iridium

Die in dem Scheidetrichter aus der Cupferron-Extraktion verbliebene Lösung enthält das Iridium. Sie wird unter Verwendung einer 1%igen V/V Wasch-H₂SO₄ quantitativ in ein 600 ml Becherglas überführt. Nach Zugabe von 10 ml konzentrierter HNO₃ entweichen schwere H₂SO₄-Dämpfe. Nach dem Abkühlen werden weitere 10 ml HNO₃ zugegeben. Beim weiteren Erwärmen entweichen wiederum H₂SO₄-Dämpfe. Diese Behandlung wird so lange wiederholt, bis keine Verkohlung mehr stattfindet und sämtliches organisches Material zer stört ist. Zu der abgekühlten Lösung werden 20 ml Wasser zugegeben, worauf erneut bis zum Auftreten schwerer Dämpfe eingedampft wird. Die Wasserbehandlung wird zweimal wie derholt, um etwa vorhandene Nitrosoverbindungen vollständig zu zerstören. Anschließend wird mit Waser auf 300 ml ver dünnt.

Die Probe wird auf Siedetemperatur erwärmt, mit 20 ml 10%iger W/V NaBrO₃-Lösung versetzt und erneut auf Siede temperatur erwärmt. Wenn die Probe Siedetemperatur erreicht hat, wird sie von der Wärmequelle entfernt, auf 40°C abge kühlt und mit Hilfe eines geeichten pH-Meters unter Ver wendung gesättigter NaHCO₃-Lösung auf einen pH-Wert von 7 eingestellt. Dann werden 10 ml 10%iger NaBrO₃-Lösung zu gegeben und das Ganze 15 min lang auf schwache Siedetempera tur erwärmt. Beim anschließenden langsamen Abkühlen der Probe fällt ein Niederschlag aus. Dieser wird während 20-30 min koagulieren gelassen.

Der Niederschlag wird in einem Tiegelhalter nach Walter in einen austarierten Porzellantiegel filtriert. Der Hauptteil der Lösung wird durch den Filtertiegel dekan tiert, wobei dafür Sorge getragen wird, daß der Nieder schlag nicht aufgewirbelt wird. Ein Trockensaugen des Filters ist zu vermeiden. Die letzten 10-20 ml Lösung mit dem Niederschlag werden auf das Filter gegossen. Es ist ferner dafür Sorge zu tragen, daß sofort mit 10%iger W/V NaCl-Lösung gespült und gewischt wird. Das Filter wird während 1-2 h unter Vakuum bei 110°C getrocknet. Nach dem Auflösen des Niederschlags mit 6N HCl wird das Ganze zur Ge winnung einer sauberen Iridiumfraktion bis zum Zustand trockener Salze eingedampft und - wie beschrieben - weiter verarbeitet.

Der Niederschlag wird mit gesättigter NH₄Cl-Lösung und etwa 100 mg festen NH₄Cl angefeuchtet und dann während 1-2 h in einem Vakuumofen erneut bei 110°C schwach getrocknet.

Zu diesem Zeitpunkt kann die Probe, bei der es sich um das hydratisierte Iridium-OUME handelt, auch nach Alternativ verfahren behandelt werden. Bei dem ersten Verfahren wird die Probe in eine Iridium-S-OUME überführt und diese dann dazu benutzt, das Vorhandensein eines Meissner-Feldes, d.h. einer superleitenden Materialien eigenen Eigenschaft zu be legen. Bei dem zweiten Verfahren wird die Probe in elementares Iridium überführt.

Verfahren A

Die Iridiumfraktion wird in ein Quarzglühschiffchen überführt, worauf letzteres zur langsamen Reduktion unter gasförmigem Wasserstoff in einen Röhrenofen eingebracht wird. Der gas förmige Wasserstoff strömt langsam über die Probe, während dauernd in dem Rohr ein schwacher Überdruck aufrechterhal ten wird. Die Temperatur des Röhrenofens wird sehr langsam und gleichmäßig bis auf 850°C erwärmt, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß die Erwärmungsgeschwindigkeit 2°C pro Minute nicht übersteigt. Die Temperatur von 850°C wird 1 h lang aufrechterhalten, danach wird die Probe langsam unter gasförmigem Wasserstoff abgekühlt. Hierbei ist dafür Sorge zu tragen, daß die Temperaturerniedrigung bis zum Er reichen von Raumtemperatur 2,5°C pro Minute nicht über steigt. Danach wird in das Rohr gasförmiger Stickstoff eingeleitet und der Wasserstoffgasstrom abgeschaltet. Das Rohr wird 8 h lang mit gasförmigem Stickstoff gespült. Die Probe stellt zu diesem Zeitpunkt ein grau-schwarzes amorphes Pulver dar. Das Pulver wird aus dem Rohr entnommen und mindestens 2 Tage lang (48 h) an einem geschützten Ort auf bewahrt, damit es nicht mit Luft reagieren kann.

Etwa 10 mg des erhaltenen Pulvers werden in ein handelsüb liches Gerät zur thermogravimetrischen Analyse (TGA) (Perkin-Elmer Thermal Analysis (PE/TGS-2), Temperature Programmer (PE/System 4), Thermal Data Station (PE/TADS) und Graphics Plotter (PE/THERM PLTTR)) mit gesteuerter Atmosphäre und einem Heizelement mit bifilarer Wicklung eingebracht und darin unter einer Atmosphäre von Heliumgas mit einer Geschwindigkeit von 1,2°C pro Minute auf 850°C erwärmt und anschließend sofort mit einer Geschwindigkeit von 2°C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Er wärm- und Kühlzyklen werden viermal wiederholt.

Die bifilare Wicklung des Heizelements besitzt ein extrem kleines Magnetfeld, da die abgewogene Probe infolge der Wicklungskonfiguration niemals genau denselben Abstand von beiden Drähten aufweisen kann. Das depolarisierte Feld reagiert nicht mit üblichen Metallproben oder normalen magnetischen (N-S polarisierten) Materialien. Ein Supra leiter reagiert jedoch mit einem äußeren Magnetfeld, und zwar auch mit einem solchen geringer Größe.

Die Fig. 8 bis 17, bei denen es sich um Gewicht/Tempera tur-Diagramm von abwechselndem Erwärmen und Kühlen des Iridium-S-OUME-Probenmaterials während fünf Zyklen handelt, zeigen das Entstehen des Meissner-Feldes sowie den häufigen Zusammenbruch und die häufige Regenerierung des Feldes. Speziell Fig. 8 (IR1H1) veranschaulicht den ersten Heiz zyklus, bei dem ein etwa 26%iger Gewichtsverlust festzu stellen ist. Dieser Gewichtsverlust beruht hauptsächlich auf einem Wasserverlust. In Fig. 9 (IR1C1), von rechts nach links gelesen, entsprechen die 100% den 75% der Graphik IR1H1 von Fig. 8. Die Fig. 9 zeigt eine Gewichtszunahme und einen Magnetflußsprung beim Abkühlen. Die scheinbare Gewichtszunahme und der Magnetflußsprung belegen, daß das Material supraleitend ist. Ein nicht-supraleitendes Material, wie Eisen, würde eine Graphik liefern, die im wesentlichen aus einer Geraden besteht. Die restlichen graphischen Dar stellungen, d.h. die Fig. 10 bis 17, zeigen den Einfluß von abwechselndem Erwärmen und Kühlen und belegen, daß jede Behandlung die Meissner-Feld-Entstehung in Richtung auf Raumtemperatur ausdehnt. Die Fig. 17 (IR1C5) zeigt, daß der Magnetflußsprung sehr nahe bei Raumtemperatur liegt.

Nachdem die geschilderte Alterungsbehandlung beendet ist, zeigt die Probe eine weiße Färbung. Das weiße Pulver ist gegenüber normalen chemischen Redoxreaktionen chemisch inert. Es zeigt bei Lufteinwirkung nicht ohne weiteres eine Gewichts zunahme. Offensichtlich findet jedoch eine oberflächliche Absorption von Gasen, wie Stickstoff, Sauerstoff, Kohlen monoxid und Kohlendioxid, statt, was zu einem "flux pinning" führt. Dieser Ausdruck dient zur Beschreibung des Verhaltens von S-OUME-Supraleitern.

Verfahren B

Die Probe wird im Ofen geglüht und einer Wasserstoff reduktion unterworfen. Der Filtertiegel wird auf seiner Seite in das Quarzrohr gelegt und zusammen mit diesem in das Zentrum des Röhrenofens geschoben. Nun wird ein schwacher Luftstrom strömengelassen. Die Temperatur wird zur vollständigen Entwässerung des Niederschlags langsam ansteigen gelassen. Zunächst wird so lange erwärmt, bis sämtliches NH₄Cl bei 360° bis 375°C sublimiert ist. Danach wird an Luft auf 800°C weitererwärmt.

Der Tiegel wird aus der Heizzone des Ofens herausgenommen und auf 200°C oder weniger abkühlen gelassen. Danach wird das Rohr mit Argon und schließlich mit Wasserstoff gespült. Die Wasserstoffreduktion der Probe wird während 20-30 min zu Ende geführt, während sich die Probe in der Heizzone bei 800°C befindet.

Die Probe wird aus der Heizzone herausgezogen, um sie unter ständigem Darüberleiten von Wasserstoff auf weniger als 100°C abzukühlen. Anschließend wird während 10-15 min durch Behandeln mit Kohlendioxid auf Raumtemperatur fertig gekühlt.

Das gekühlte Iridium wird zweimal mit 1%iger W/V (NH₄)₂SO₄- Lösung gewaschen, um auch noch die letzten Spuren löslicher Salze auszuwaschen. Nach schwachem Trocknen wird, wie be schrieben, erneut an Luft und unter Wasserstoff geglüht. Das elementare Iridium oder das IR-OUME wird ausgewogen. Wenn die Probe als Vorbereitung für einen induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektroskopie-Test (ICP-MS) teilweise in Königswasser gelöst wurde, zeigt das Analysengerät das Vorhandensein von metallischem Iridium. Mit anderen Worten gesagt, haben vor der Behandlung des Erzes übliche Analy senmaßnahmen angedeutet, daß kein Iridium vorhanden ist. Nach der Behandlung und Abtrennung der OUMEs, einer lang samen Reduktion unter gasförmigem Wasserstoff und einer anschließenden Königswasserbehandlung ist ein Teil der IR-OUMEs in darin enthaltenes Ü-Metall übergegangen.

Claims

1. Abgetrenntes und praktisch reines, in stabiler Form vorliegendes, nicht-metallisches, orbital umgelagertes monoatomares Übergangs- oder Edelmetallelement aus der Gruppe Kobalt, Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Platin, Ruthenium, Rhodium, Iridium und Osmium mit einer Bahnlochteilenergie mit einem Elektron oder Elektronen, wobei die gemeinsame Energie als ein Dublett in einem Infrarotspektrum zwischen etwa 1400 und 1600/cm^-1 identifiziert ist.

2. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Gold besteht.

3. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Silber be steht.

4. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Kupfer be steht.

5. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Palladium besteht.

6. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Platin be steht.

7. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Ruthenium be steht.

8. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Rhodium be steht.

9. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Iridium be steht.

10. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Osmium be steht.

11. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Kobalt be steht.

12. Orbital umgelagertes monoatomares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Nickel be steht.

13. Verfahren zur Herstellung einer nicht-metallischen, orbital umgelagerten, monoatomaren Form eines Elements aus der Gruppe Kobalt, Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Platin, Ruthenium, Rhodium, Iridium und Osmium aus dem entsprechenden Element in metallischer Form, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallform in ein Metallsalz überführt, das Salz in einem wäßrigen Medium erschöpfend in Lösung bringt und einer Verdampfung unterwirft, bis ein Diatom der Metallform entstanden ist, und danach das Diatom in Gegenwart von Wasser zur Bildung der orbital umgelagerten, stabilen, monoatomaren Form des Elements mit einem Alkalimetall behandelt.

14. Verfahren zur Bildung eines Metalls aus der Gruppe Kobalt, Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Platin, Ruthenium, Rhodium, Iridium und Osmium aus einem Ma terial, bei dem das entsprechende Element in einer nicht-metallischen, orbital umgelagerten, monoatomaren, stabilen Form des Elements vorliegt, dadurch gekenn zeichnet, daß man das betreffende Element in der orbital umgelagerten, monoatomaren Form des Materials abtrennt und danach die abgetrennte, nicht-metallische, orbital umgelagerte, monoatomare, stabile Form einem zwei stufigen negativen Potential von zunächst mindestens 1,8 bis 2,2 V und anschließend von zumindest 2,5 V aussetzt, bis sich das betreffende Metall durch gal vanische Maßnahmen gebildet hat.

15. Verfahren zur Bildung eines Metalls aus der Gruppe Kobalt, Nickel, Silber, Palladium, Platin, Ruthenium, Rhodium, Iridium und Osmium aus einem Material, in dem das entsprechende Element in einer nicht-metalli schen, orbital umgelagerten, monoatomaren, stabilen Form des Elements vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man das betreffende Element in der orbital umge lagerten, monoatomaren, stabilen Form bei erhöhten Temperaturen mit Stickoxid behandelt.

16. Verfahren zum Behandeln des stabilen, nicht-metallischen, orbital umgelagerten, monoatomaren Übergangsmetall- oder Edelmetallelements gemäß Anspruch 1 durch ab wechselndes Erwärmen und Kühlen unter Inertgas und Einwirkenlassen eines äußeren Magnetfeldes auf das Element, bis dieses in dem Infrarotspektrum keine Dublette mehr aufweist und bei Temperaturen über 200°K keinen Magnetfluß mehr zuläßt.

17. Produkt, hergestellt nach dem Verfahren gemäß An spruch 16.