Das Element Fluor kommt entgegen bisherigen Annahmen doch frei in der Natur vor. Im sogenannten Stinkspat, einem Fluorit-Mineral, entdeckten Münchener Forscher erstmals winzige Mengen des reaktionsfreudigsten aller chemischen Elemente. Bisher glaubte man, dass Fluoratome in der Natur nur verbunden mit anderen Elementen vorkommen, beispielsweise als Fluorit, auch als Flussspat bezeichnet. Doch mittels spezieller Nachweisverfahren gelang es Jörn Schmedt auf der Günne von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und seinen Kollegen nun erstmals, elementares Fluor in einem Mineral nachzuweisen. Wie sie im Fachmagazin „Angewandte Chemie“ berichten, entsteht das Fluor durch winzige Uraneinschlüsse, deren Strahlung das Fluorit-Mineral zersetzt. Diese Reaktion erkläre auch, warum der Stinkspat so stechend rieche, wenn man ihn zerschneide oder anbohre: Das aggressive Fluorgas werde dann aus den Einschlüssen frei.
Fluor ist das reaktivste aller chemischen Elemente und deshalb nur mit größter Vorsicht zu handhaben. Es ist so aggressiv, dass selbst Laborglasgeräte ihm nicht widerstehen können. Sogar Ziegelsteine brennen, wenn sie mit Fluorgas in Kontakt kommen, wie die Forscher erklären. Aufgrund dieser extremen Eigenschaften waren Chemiker bislang überzeugt davon, dass Fluor in der Natur nicht elementar, sondern nur mit anderen Atomen verbunden vorkommen kann, wie zum Beispiel in Fluorit-Mineralien wie dem Flussspat. In diesem ist jeweils ein Kalziumatom mit zwei Fluoratomen verbunden.
Eine besondere Varietät des Flussspats, der sogenannte Stinkspat stellte die Chemiker jedoch vor ein Rätsel. Beim Zerkleinern verströmt dieses Mineral einen stechend unangenehmen Geruch – sehr ähnlich dem von Fluorgas. Welcher Stoff aber für diesen Geruch verantwortlich ist, blieb mehr als 200 Jahre ungeklärt. Erst jetzt ist es dem Team um LMU-Forscher Schmedt auf der Günne und seinem Kollegen Florian Kraus von der Technischen Universität München gelungen, nachzuweisen, dass Stinkspat elementares Fluor enthält. Und damit auch, dass das aus diesem Mineral entweichende stechend riechende Gas tatsächlich Fluorgas ist.
Starke Magnetfelder enthüllten das elementare Fluor
Der Nachweis gelang den Forschern mit Hilfe der sogenannten Kernmagnetresonanz-Spektroskopie (NMR-Spektroskopie). Bei diesem Verfahren wird das Mineral starken, wechselnden Magnetfeldern ausgesetzt, dadurch geraten die Atome im Inneren der Probe ins Schwingen. Da die Magnetfelder Atome und Moleküle unterschiedlich beeinflussen, konnten die Forscher an den eingefangenen Signalen erkennen, dass sich neben den Fluorverbindungen auch winzige Mengen elementaren Fluors im Gestein verbargen.
„Es ist nicht verwunderlich, dass Chemiker so lange an der Existenz von elementarem Fluor im Stinkspat zweifelten“, sagen die Forscher. Denn normalerweise würden elementares Fluor und Kalzium sofort miteinander reagieren und wieder Flussspat bilden. Im Fall des Stinkspats liegen jedoch besondere Verhältnisse vor, wie die Chemiker erklären: Das elementare Fluor entstehe durch feine Uraneinschlüsse im Mineral, die konstant Strahlung abgeben und so den Fluorit in Kalzium und elementares Fluor aufspalten. Das Fluor liege dann, durch Fluorit vom Kalzium getrennt, in kleinen Einschlüssen vor und bleibe so in elementarer Form erhalten. (doi: 10.1002/ange.201203515)
(Angewandte Chemie, 06.07.2012 – NPO)
