Die Chemie hinter Breaking Bad

Breaking Bad ist eine der, wenn nicht die spannendste und mitreißendste Dramaserie des amerikanischen Fernsehens seit vielen Jahren:
Der Highschool-Chemielehrer Walter White, der es trotz höchster Qualifikation im Berufsleben nicht weiter gebracht hat, erhält die schockierende Diagnose: Lungenkrebs, er hat nicht mehr lang zu leben. Das zweite Kind wartet ungeplant auf seine Geburt und die Familie kann die Chemotherapie finanziell nicht stemmen. Um sich und seine Familie zu versorgen, beginnt Walter zusammen mit seinem ehemaligen Schüler Jesse Pinkman die Droge Crystal Meth, d.h. Methamphetamin, zu produzieren und zu verkaufen.
Als "Heisenberg" wird er schnell als Meister-"Koch" in der Szene bekannt, doch mit dem Geld kommen auch die Probleme.

Eine beträchtliche Anzahl der Szenen aus Breaking Bad spielen sich zwischen Erlenmeyer- und Rundkolben, im Labor und mit Atemschutzmasken ab. Auf die Wissenschaft hinter der Geschichte haben die Autoren offensichtlich viel Wert gelegt, denn in den dargestellten Vorgängen steckt viel Wahrheit.

Knallquecksilber

Hochreines Knallquecksilber

In der sechsten Episode der ersten Staffel dringt Walt in das Versteck von Drogenboss Tuco Salamanca ein, um eine Vorabzahlung für seine Meth-Lieferungen zu erzwingen. Statt des Beutels voll Crystal bringt er jedoch hochexplosives fulminantes Quecksilber mit und schafft es, mit einem einzigen Kristall, der beim Aufprall auf dem Boden explodiert, das Haus massiv zu demolieren.

Hg(ONC)2 wurde erstmals 1800 von Edward Charles Howard hergestellt und ist in der Tat ein starker Sprengstoff, weshalb es damals auch zur Zündung in Feuerwaffen eingesetzt wurde. Es ist einfach zu synthetisieren: Quecksilber wird in Nitriersäure {nitric acid} aufgelöst und Ethanol zu der Lösung hinzugegeben.
Dann erhält man allerdings ein - je nach Reinheit - gräuliches bis weißes Pulver und keine großen, klaren Kristalle wie Walter sie in der Serie zeigt. Das Pulver als Meth getarnt bis zu Tuco durchzuschmuggeln wäre aber weniger ein Problem als die Tatsache, dass Knallquecksilber gegen Druck, Reibung, Funken, Hitze, d.h. so ziemlich alles empfindlich ist und Walter sein Leben aufs Spiel setzt, wenn er mit einer derart großen Menge Hg(ONC)2 in der Hand herumläuft.

Nach der Explosion: Überraschung! Alle sind noch am Leben und abgesehen von Walts blutiger Nase unversehrt. Bei einer Explosion, die genug Kraft hat, um sämtliche Fenster des Stockwerks zu zerlegen, ist das beachtlich. Aber die Freude wäre sicher nicht von großer Dauer: Quecksilber und insbesondere seine Verbindungen sind toxisch und spätestens nach ein paar Tagen würden die Beteiligten zumindest nach längerer Exposition an der Vergiftung sterben. Wie giftig? Beim Dimethylquecksilber beispielsweise reichen bereits wenige Mikroliter (0,001 Milliliter) auf der Haut, um einen Menschen zu töten.

Rizin-Gift

Die Bohnen des Wunderbaums, aus denen Rizin gewonnen werden kann.

Walter und Jesse beschließen in der ersten Folge der zweiten Breaking Bad-Staffel den durchgedrehten und gewalttätigen Tuco loszuwerden und planen, ihn mit Rizin zu vergiften. Was häufiger mal im per Post an Politiker verschickt wird, ist in der Tat ein sehr starkes Gift: Eine Menge in der Größe eines einzelnen Salzkorns ist tödlich. Das passt zur Geschichte, die Walter in der Serie kurz anreißt: Beim sogenannten "Regenschirmattentat" wurde 1978 ein kritischer Schriftsteller von einem Agenten des bulgarischen Geheimdienstes scheinbar zufällig mit einem Regenschirm am Bein getroffen. Tatsächlich war in der Spitze des Schirms Rizin angebracht und das Opfer verstarb 3 Tage später.
Wie in der Serie gezeigt, kann ein fähiger Chemiker Rizin aus den Samen des Wunderbaums (engl. castor beans) gewonnen extrahieren, aus denen auch das bekannte Rizinusöl stammt (natürlich nach Entfernung des tödlichen Gifts).
Walt lässt Jesse die Bohnen nicht einmal berühren, aber um sich selbst damit zu vergiften müsste er 8 oder mehr von ihnen sorgfältig durchkauen und schlucken, um eine letale Dosis aufzunehmen.

Walt und Jesse hätten unterschiedliche Möglichkeiten, ihr Gift zu verabreichen:

  • Einatmen: Bei der Aufnahme über die Lunge treten Husten, Übelkeit und Atemschwierigkeiten auf bis die Lunge beginnt, sich mit Flüssigkeit zu füllen bis Blutdruckabfall und Atemstillstand schließlich zum Tod führen.
  • Essen / Trinken: Krämpfe, Erbrechen und blutiger Durchfall bis zur extremen Dehydrierung. Das Versagen von Leber, Nieren oder beiden tötet.
  • Injiziert: Direkt in den Blutkreislauf eingebrachtes Rizin löst Schwellungen in Muskeln und Lymphknoten nahe der Einstichstelle hervorrufen. Es folgen innere Blutungen und schließlich Multi-Organ-Versagen.

Für die Zwecke von Heisenberg und seinem Gehilfen ist Rizin, wie Walter bemerkt, tatsächlich sehr gut geeignet: Es ist schwer nachzuweisen und auch medizinisches Fachpersonal würde wahrscheinlich nicht (rechtzeitig) erkennen, dass eine Rizinvergiftung die Ursache für die Symptome ist, die nach 36-48 Stunden zu Tod führen.

Doch auch ohne kriminelle Energie sind Castor-Bohnen nützlich: Einige von ihnen im Garten vergraben helfen dabei, Schädlinge fernzuhalten.

Blaues, reines Crystal Meth

Das Crystal Meth von Walter und Jesse bekommt eine blaue Farbe, sobald die beiden einsehen, dass sie nicht genug Pseudoephedrin aus Hustenmedikamenten zusammenbekommen werden und auf geklautes Methylamin als Ausgangschemikalie umsteigen.
Laut Walter ist es "genau so rein", aber kann das sein?

Chemisch besteht kein Unterschied zwischen den beiden Endprodukten, auch wenn sich der Produktionsweg unterscheidet. Deswegen gibt es keine Erklärung für die blaue Färbung und an dieser Stelle muss man wohl ein Auge für die künstlerische Freiheit der Autoren zudrücken. Es gab zwar schon Vorkommen von blauem (und allerlei anderem bunten) Meth, aber das lag daran, dass bewusst Farbstoffe untergemischt wurden, um ein wiedererkennbares und einzigartigeres Produkt zu schaffen.

Die gravierenden Folgen des Methkonsums, die in der Serie an zahlreichen Süchtigen dargestellt werden, reichen von Alzheimer-ähnlichen Hirndegenerationen bis zum sogenannten "Meth-Mund", dem nach und nach die Zähne ausfallen. Selbst bei denen, die es nur wenige Male ausprobieren, kann es anhaltende Persönlichkeitsänderungen hervorrufen.
Eine Vielzahl, wenn nicht sogar die meisten der katastrophalen körperlichen Folgen von Crystal Meth sind die Rückstände von Lösungsmitteln und Verunreinigung durch mangelnde Gründlichkeit und/oder fehlendes Chemieverständnis - die Reinheit des realen Straßen-Metamphetamins ist unterirdisch.

Deswegen: Zum Wachwerden empfiehlt sich eher ein

Laborgebrühter Kaffee

Walters Kurzzeitkollege Gale Boetticher zeigt ihm in Folge 6 der dritten Staffel sein kleines Nebenprojekt, eine überdimensionierte Kaffeezubereitungsanlage aus Laborglas.
Es geht ihm dabei besonders um die Kontrolle der im Kaffee enthaltenen Chinasäure (engl.: quinic acid). Das ergibt Sinn, denn der Säuregehalt des Kaffees spielt eine zentrale Rolle für Geschmack und Bekömmlichkeit. Die Besonderheit an Gales Methode ist das leichte Vakuum, unter dem er den Kaffee kocht, sodass sein Wasser bereits bei 92° C zu kochen beginnt. Dafür reicht schon ein Druck von 0.75 bar aus , was 75% des normalen Atmosphärendrucks entspricht oder dem Luftdruck in einer Höhe von ~2500 Metern entspricht.

Natürlich ist das nur einer von zahlreichen Faktoren, die die Qualität eines Kaffees beeinflussen und ohne nähere Angaben zur Bohne und ihrer Röstung lässt sich kaum beurteilen, ob es wirklich der "beste Kaffee ist, den ich [Walt] je getrunken habe". Aber das hängt natürlich auch von seinen bisherigen Kaffee-Erfahrungen ab…

Leichen in Flusssäure auflösen

Um sich der Leiche eines ihrer Widersacher zu erledigen, greifen Jesse und Walter zu Mafiataktiken und versuchen, den toten Körper in Flusssäure (Fluorwasserstoffsäure / HFaq) aufzulösen - das erleichtert die Handhabung und Spuren werden verwischt.
Jesse ignoriert gründlich Walters Anordnung, Behälter aus Polyethylen zu besorgen und wählt stattdessen die emaillierte Metallbadewanne, die sich promt mitauflöst und inklusive halbaufgelöstem Körper ein Stockwerk tiefer landet.

Tatsächlich hat Flusssäure eine sehr stärke Ätzwirkung und greift sogar Glas an, sodass sie nicht herkömmlichen Reagenzgläser gefüllt werden kann.
Wenn sie auf die Haut gelangt, wird sie so gut aufgenommen, dass sie die Haut unbeschadet passiert, zuerst den Knochen auflöst und dann den Körper von innen verätzt. Schmerzen verursacht das erst, wenn es zu spät ist und zu spät ist es schnell: eine handtellergroße verätzte Fläche ist in der Regel tödlich.

Um Fleisch aufzulösen, schießen die beiden mit Flusssäure allerdings weit übers Ziel hinaus. Viel einfacher wäre es mit Natronlauge, die deutlich einfacher zu beschaffen wäre und bei vergleichbarer Effektivität nicht die Badewanne ruiniert hätte. Natriumhydroxid (NaOH), das in Wasser gelöst Natronlauge ergibt, gibt es auch für Privatpersonen problemlos in größeren Mengen zu kaufen und für das kleine bisschen Extraunauffälligkeit: Rohrreiniger! Er besteht aus NaOH und Aluminiumspänen.

Schlösser mit Thermit knacken

Thermit

Walter und Jesse müssen in eine Chemielagerhalle einbrechen, um Methylamin zu stehlen, das sie für ihre Methproduktion benötigen.
Um das Türschloss zu knacken, bringen sie eine Ladung Thermit an, die mit großem Funkenspektakel das Schloss wegschmilzt.

Thermit ist ein Gemisch aus Eisenoxid und Aluminiumstaub, das - einmal angezündet - so ziemlich alles schmilzt oder verbrennt, was ihm in den Weg kommt. Das ist auch seine Aufgabe, wird es doch im zivilen Alltag dazu eingesetzt, um Eisenbahnschienen zusammenzuschweißen.

Die Thermitreaktion: Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3
Aus Eisenoxid und Aluminium wird Eisen und Aluminiumoxid.

Die Zutaten für Thermit sind keineswegs exotisch und können von jedermann gekauft werden, deswegen ist es etwas verwunderlich, dass die beiden ihr Aluminiumpulver aus Zeichen-"Zaubertafeln" für Kinder holen.

Wer wegen des einfachen Versuchaufbaus versucht ist, es selbst auszuprobieren: Lieber nicht. Wenn es einmal brennt ist es fast unmöglich, die Reaktion zu stoppen und es wird währenddessen so viel Energie in Form von Licht frei, dass man ohne ausreichenden Schutz Gefahr läuft, zu erblinden, wenn man direkt in die Flamme schaut.

Video: Inside Breaking Bad - Meth Making in the Superlab

"You could truly make Meth with this setup." – Mark Freeborn, Production Designer

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Warum Mendelejew so genial war

von TEDEducation

Mendelejew ist einer der ganz großen Stars der Wissenschaftsgeschichte - er hat das Periodensystem der Elemente erfunden. Aber was ist daran so genial?
Dass er 1871 eine vollständige Liste der damals bekannten Elemente aufgeschrieben hat, kann es nicht gewesen sein - das hatten auch zu seiner Zeit schon andere getan. Auch die Anordnung der Elemente anhand ihrer ähnlichen Eigenschaften war nichts neues mehr.

Das Bahnbrechende an Mendelejews Erfindung war, dass er die Position und damit gleichzeitig die Existenz von Elementen hervorsagte, bevor sie überhaupt entdeckt wurden. So geschehen beim Gallium: Das Feld neben dem des Alumniums blieb leer, aber er wusste, dass dort etwas hingehörte. Das unbekannte Element nannte er Eka-Aluminium und sagte darüber hinaus auch noch die Atommasse, sein spezifisches Gewicht, den Schmelzpunkt und die Art seiner Salze voraus.
Erst 4 Jahre später konnte Paul Émile Lecoq de Boisbaudran unabhängig von Mendelejew erstmals elementares Gallium herstellen, dessen Eigenschaften für die damalige Zeit sehr genau mit den Daten übereinstimmten, die Mendelejew berechnet hatte.

Aber nicht nur das Gallium, sondern auch Scandium, Germanium, Rhenium und Technetium. Technetium ist so selten, dass es erst 1975, also 66 Jahre später, synthetisiert werden musste, um es in elementarer Form zu gewinnen.
Mendelejew hat für seine Arbeit nie einen Nobelpreis bekommen, aber ihm wurde eine deutlich exklusivere Ehre zuteil: 1963 wurde das kurz zuvor künstlich hergestellte Element mit der Ordnungszahl 101 zum Mendelevium getauft.

Das Periodensystem von Mittelerde

Auch wenn man es angesichts der chaotischen Welt aus Elben, Zwergen, Orks und Co nicht für möglich hält: Auch Mittelerde, Schauplatz der Herr der Ringe-Trilogie und des Hobbits von J. R. R. Tolkien lassen sich ordentlich kategorisieren und in ein Periodensystem der Fantasy-Elemente packen.

Die Experten vom LotR-Project bieten auf Ihrer Website eine sagenhafte Vielfalt an Visualisierungen rund um die Roman- und Filmwelt an und dank Emil Johansson ist sie um ein PSE reicher. Aus der selben Feder Maus stammen ähnlich geniale Werke wie der Herr der Ringe Stammbaum, der Mittelerde Problemlösungs-Chart und die Chronik des Einen Rings.

Das Periodensystem von Mittelerde

Zu jeder Figur sind neben einer eindeutigen Abkürzung auf Basis des Namens auch noch eine Nummer sowie das Geburts- und Todesdatum vermerkt. Die Anordnung und Farbzuweisung erfolgt wie im Original mit Elementgruppen nach den unterschiedlichen Rassen, also Menschen, Hobbits, Trolle, usw.

Das komplette Übersicht gibt es auch als 55 x 43cm großes Periodic Table of Middle Earth Poster für 15$ zu kaufen.

via Dressed like Machines

Das Periodensystem in Liedform

Viele Menschen lernen am schnellsten, wenn sie Informationen hören, sei es durch leises Gemurmel beim Brüten über den Büchern oder durch lautes Singen und DurchsHausTanzen für maximales Einprägen.

Insbesondere letztere Variante scheint sich bei den auditiven Lernern unter den Chemikern und jenen, die es werden wollen, besonderer Beliebtheit zu erfreuen, jedenfalls gibt es bei YouTube eine sehr umfangreiche Sammlung an musikalischen Schätzen rund um das Periodensystem.

Der wahnsinnig unglaubliche Periodensong

von mrwhypiano

Schön gereimt und dadurch besonders einprägsam. Pro-Tipp: Vorher zwei-drei Tassen Kaffee leeren, dann kann man beim rasanten Tempo vielleicht mithalten.

Ein bisschen üben und ihr werdet so schnell wie Daniel Radcliffe.

Der Hauptgruppen-des-Periodensystems-der-Elemente-Song

vom EBChemieLK

Der Hammer - eine Akustikversion von offensichtlich mehr als nur chemiebegabten Schülern vom Engelsburg-Gymnasium in Kassel, die während einer Projektwoche entstanden ist.
Ihre anderen Videos zeigen klassische Schülerversuche, sind aber auch sehenswert.

The NEW Periodic Table Song

von AsapSCIENCE (die auch noch eine Menge anderer guter Wissenschaftsvideos haben)

Ein rundum gelungenes Video, das über den zusatzinformationsbepackten Text hinaus auch noch mit richtig guten Illustrationen punktet, mit denen die Nutzung der einzelnen Elemente veranschaulicht wird - 118 Eselsbrücken sind also inklusive. Auf Englisch, da lernt man die speziellen Elementnamen wie sodium und potassium gleich noch mit.

Bonus: Chemie ist nicht alles, aber alles ist Chemie

von FainellKatPro

Allein für den wunderbar wahren Titel gehört das Video hier erwähnt. Schöne Geschichten aus dem Leben der Elemente!