Im Flug erwischt

News: Im Flug erwischt

Chemiker interessieren sich sehr für ungewöhnliche Moleküle, die nur aus Atomen eines einzigen Elements bestehen. Beispiele sind die Fullerene ('Buckyballs') und die Nanotubes aus reinem Kohlenstoff, die jetzt bei den Materialwissenschaftlern Furore machen. Das Element Phosphor müßte, wenn alles mit rechten Dingen zugeht, dem Kohlenstoff ähnlicher sein als alle anderen Mitglieder des Periodensystems. Aber obwohl man im Computer schon eine ganze Reihe 'Nur-Phosphor-Moleküle' simuliert hat, sieht die Wirklichkeit eher trist aus: Neutrale Moleküle, die mehr als vier Phosphoratome enthalten, machen sich ausgesprochen rar. Einigen Chemikern gelang nun der Nachweis winzigster Mengen einer aus sechs Phosphoratomen bestehenden Verbindung.

Die Meßmethoden, mit denen die Chemiker Helmut Schwarz und seine Kollegen von der Technische Universität Berlin ihrer flüchtigen Verbindung auf die Spur gekommen sind, sind ähnlich diffizil wie die der Analytiker, die winzigste Mengen von Pestiziden zum Beispiel in Wasserproben nachweisen müssen. Tatsächlich griffen die Forscher zu einem Gerät, das auch zur Spurenanalyse herangezogen wird: Zu einem Massenspektrometer. In dieser Maschine werden Moleküle im Flug elektrisch aufgeladen, von einem Magnetfeld abgelenkt und an der resultierenden Krümmung ihrer Flugbahn erkannt.

Im Falle des neuen Phosphorteilchens reichte dies jedoch nicht: Zwar gelang es, spezielle Vorläufermoleküle elektrisch aufzuladen und dazu zu bringen, in ein Bruchstück aus sechs Phosphoratomen und andere, unwichtige Teilchen zu zerfallen. Die Phosphormoleküle bekamen bei diesem Prozeß jedoch keine Ladung mit und flogen geradeaus weiter, statt sich auf die für den Nachweis wichtige Kreisbahn zwingen zu lassen. Ihre Identifizierung gelang den Chemikern erst durch Untersuchung der Bruchstücke, in die die flüchtigen Teilchen nach einem Hochenergiestoß nun ihrerseits zerplatzten.

Wie die bekannteste Verbindung des verwandten Elements Kohlenstoff, das sechs Atome dieses Elements enthält – Benzol –, sieht die neue Verbindung wahrscheinlich nicht aus; die Forscher rechnen eher mit einem käfigartigen Molekül. Ob dies der Einstieg in eine ähnlich reichhaltige Chemie wie bei den Fullerenen ist, ist schwer zu sagen – vermutlich wandelt sich der Phosphorkäfig zu schnell in andere Verbindungen um. Aber: Auch die rätselhaften Fullerene wurden erstmals in einem Massenspektrometer nachgewiesen. Die Herstellung größerer Mengen gelang erst viel später.