Komponenten für das große Werk

Chemische Reaktionen: 

Bringt man Benzol (C_₆H_₆), Phenol (C_₆H_₆O), Wasser (H₂O + D₂O + HTO) und Salmiak (NH_₄Cl) in ein Gefäß, entsteht keine homogene Mischung, sondern ein komplexes chemisches Zweiphasengemisch. Die Flüssigkeit trennt sich in zwei scharf abgegrenzte Schichten (Phasen). In der unteren hydrophilen  Phase sammelt sich das Wasser. Das Ammoniumchlorid (NH_₄Cl)  löst sich extrem gut im Wasser auf. Es bildet dort Ammonium-Ionen (NH₄⁺) und Chlorid-Ionen (Cl⁻). In der oberen lipophilen, öligen Phase sammelt sich das unpolare Benzol (C_₆H_₆). Da es eine geringere Dichte als Wasser hat, schwimmt es obenauf wie Öl. Phenol besitzt einen unpolaren Benzolring (lipophil), aber auch eine polare Hydroxygruppe (hydrophil) und ist ein klassischer Phasentransfer-Vermittler. Es löst sich sowohl im oberen Benzol als auch im unteren Wasser.  Die untere Wasserphase enthält die geladenen  Ionen des gelösten Salmiaks, Ammonium-Ionen (NH4+) und Chlorid-Ionen (Cl-). Normalerweise würden sich geladene Ionen niemals  in eine unpolare, ölige Phase (wie Benzol) wandern, doch das in der oberen Benzolphase  enthaltene Phenol fungiert als Vermittler.  Das negativ geladene Phenolat-Ion (C₆H₅O-) an der Grenze der organischen Schicht zieht die positiv geladenen Ammonium-Ionen (NH₄+) aus dem Wasser an. Es bildet sich ein Ionenpaar. Da das Phenolat-Ion eine großes, unpolaren Benzolring besitzt, umhüllt es das Ammonium-Ion quasi mit einem unpolaren Mantel. Das Ammonium-Ion wird so für die organische Phase „löslich“. Es wird aus dem Wasser  in die obere organische Schicht heraufgezogen. Es entsteht ein dynamisches Fließgleichgewicht an der Grenze zwischen den beiden Flüssigkeiten gemäß folgender Gleichung: C₆H₅OH_(org) + NH⁺_{4 (wässr)} ⇌ C₆H₅O⁻⋯NH⁺_{4 (org)} + H⁺_(wässr). Die organische Phase (Obere Schicht) besteht aus Tritium-Benzol (C₆H₅T) und Tritium-Phenol C₆H₄TOH/C₆H₅O. Die wässrige Phase (Untere Schicht) enthält Wasser (H2O das restliche HTO und das salzartige Ammoniumchlorid (NH₃TCl), welches in organischer Phase unlöslich ist. In der Mischung (als gemeinsame organische Leichtölphase) sind Tritium-Benzol  und Tritium-Phenol eine klare, leichtbewegliche Flüssigkeit. Das feste Phenol wird vom flüssigen Benzol vollständig gelöst und kristallisiert bei Raumtemperatur nicht wie sonst aus. Das Tritium ist in dieser Kombination bei Raumtemperatur ebenfalls vollständig stabil. Da es bei beiden Molekülen an den Kohlenstoffring gebunden ist, findet im kalten Zustand kein Rückaustausch mit Wasser statt. Die Radioaktivität bleibt fest in dieser Ölphase eingeschlossen.  Das System ist durch das HTO (tritiiertes Wasser) radioaktiv aber thermodynamisch stabil. Die Beta-Strahlung des einzelnen Tritium-Atoms im Wasser ist schwach. Normalerweise würde die Radioaktivität des Tritiums (T)  die obere chemische Phase zerstören. Da Tritium permanent (ß^–)-Strahlung aussendet, befindet sich die organische Phase unter einem konstanten, mikroskopischen Beschuss von hochenergetischen Elektronen. Wenn diese in der organischen Phase auf ein stabiles Phenol- oder Benzol-Molekül treffen, kann diese Energie die chemischen Bindungen aufbrechen. Doch das ist hier nicht der Fall. Das Wasser strahlt zwar, aber die Energie reicht nicht aus, um das Benzol oder Phenol zu zerstören. Es kommt lediglich zu einer minimalen radiolytischen Zersetzung über Jahre hinweg. Die Untere Phase (Wasser-Salz-Mischung) ist vollkommen glasklar und farblos. Das im Isotopenwasser gelöste Ammoniumchlorid (NH₄Cl) färbt das Wasser nicht. Die Obere Phase (Organische Phenol-Benzol-Schicht) hat  eine leicht gelbliche bis bernsteinfarbene Tönung. Da sich die Phasen nicht mischen, ist im Kolben eine scharfe Trennlinie sichtbar. Die beiden Flüssigkeiten lassen sich sehr leicht und sauber voneinander trennen.  Für eine derartige Flüssig-Flüssig-Trennung nutzten die Alchemisten  Trenn-Phiolen mit abbrechbaren Spitzen, Schnabelkannen oder Stoffdochte. Die „Trenn-Phiole“ war ein Glasgefäß mit einem extrem langen, spitz zulaufenden Hals oder Boden. Das Gemisch wurde hineingefüllt. Dann wurde abgewartet bis sich die Phasen vollständig entmischt hatten (die klare organische Phase schwamm oben, die wässrige Ammoniumchlorid-Lösung unten). Da das System noch keinen Glashahn hatte, wurde das untere Ende  der Glasspitze ganz unten leicht angeritzt oder vorsichtig abgebrochen. Alternativ wurde ein kleiner Wachspfropfen durchbrochen, der als Verschluss diente. Das schwere Wasser tropfte nach unten heraus. Sobald die organische Phenol-Benzol-Phase die Öffnung erreichte, wurde sie in einem neuen Gefäß aufgefangen. Die organische Phase bleibt bei Raumtemperatur vollständig homogen. Die Mischung ist aber insgesamt hochflüchtig. Die Homogenität bleibt auch nur so lange erhalten, wie das Benzol nicht verdampft. Wenn die Mischung offen stehen bleibt, sodas das  leichtflüchtige Benzol entweichen kann, wird die Löslichkeitsgrenze überschritten. In diesem Fall fällt das radioaktive Phenol als kristalliner Feststoff aus. 

Wenn das in der Mischung gelöste Phenol mit minimalen Spuren von Luftsauerstoff reagiert (besonders unter dem Einfluss von Licht oder Wärme), entstehen Oxidationsprodukte wie 1,4-Benzochinon. Diese Verbindungen besitzen ein stark konjugiertes Elektronensystem, das Licht im blau-grünen Bereich absorbiert und die Flüssigkeit je nach Konzentration leuchtend rosa, orange-rot bis hin zu einem intensiven Tiefrot färbt. Die rote Farbe beeinträchtigt die chemische Funktion des Isotopenaustauschs meist nicht, zeigt aber optisch an, dass das Phenol bereits teilweise oxidiert ist.

Die untere Schicht aus C₆H₅OT + NH₃TCl + 4 H₂O ist ein radioaktives, organisch-salines Stoffgemisch. Die Mischung verdampft bei Raumtemperatur nur langsam. Das Salz bleibt fest am Boden fixiert. Das Wasser und das Phenol verdunsten jedoch nach und nach.  Die obere Schicht aus C₆H₅T + C₆H₄TOH ist eine homogene, rein organische und radioaktive Flüssigkeit. Da beide Stoffe aromatische Ringsysteme sind, lösen sie sich perfekt ineinander auf und bilden eine klare Phase, in der das Tritium stabil an das Kohlenstoffgerüst gebunden ist. Bei Raumtemperatur (20 °C) ist die Mischung extrem flüchtig. Im Gegensatz zur unteren Schicht gibt es hier keine feste Phase, die am Boden zurückbleibt. Benzol ist eine leichtflüchtige organische Flüssigkeit. Es besitzt bei Raumtemperatur einen sehr hohen Dampfdruck  und verdampft in einem offenen Gefäß rasend schnell. Da das Tritium fest im Benzolmolekül sitzt, verdampft das radioaktive Isotop als gasförmiges Benzol unaufhaltsam mit. Phenol verdunstet bei Raumtemperatur zwar deutlich langsamer als Benzol, besitzt aber dennoch eine permanente Flüchtigkeit. Am Ende ist die gesamte Mischung bei Raumtemperatur rückstandslos in die Luft entwichen.

Zur Erinnerung: Das auflösende Wasser (azoth) der Alchemisten war hochgradig flüchtig und radioaktiv und musste in einem verschlossenen Gefäß aufbewahrt werden. 

Bei einer Trennung der zwei Phasen wird die organische Mischung C₆H₅T + C₆H₄TOH chemisch inert. Sie wird extrem reaktionsträge und reagiert nicht mit gewöhnlichen Metallen, schon gar nicht mit Gold. Das feste Kohlenstoffgerüst der Ringe hält das Tritium fest umschlossen, und mangels Wasser können die Moleküle keine Ionen bilden, um ein Metall anzugreifen. Die wässrige Phase C₆H₅OT + NH₃TCl + 4 H₂O reagiert direkt und sehr aktiv mit vielen Metallen, aber nicht mit Gold. Auch sie bleibt gegenüber Gold reaktionslos. Um eine alchemistische Gold-Transformation in Gang zu setzen,  muss es oxidiert werden (von der Oxidationsstufe 0 auf +3) und es müssen zusätzliche Chlorid-Ionen (Cl-) zugeführt werden. Die Mischung wird daher mit Königswasser versetzt.  Dieses erzeugt zusammen mit dem Chlorid-Ionen aus dem Ammoniumsalz (NH3TCl) das nötige Milieu, um das edle Gold zu oxidieren und zu lösen. Dabei entsteht Stickstoffmonoxid (NO). Die Salpetersäure zerstört die organischen Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserstoff/Tritium-Gerüste (C₆H₁₇T₂O₈N₂) durch starke Oxidation.  Gleichzeitig oxidiert das Königswasser das freigesetzte Gold zu (Au₃⁺)-Ionen. Die im Überschuss vorhandenen Chlorid-Ionen (Cl⁻) haben nun leichtes Spiel. Sie lagern sich sofort an das Gold an und verwandeln es augenblicklich in den wasserlöslichen Tetrachloroaurat-Komplex (AuCl₄-). Das Gold liegt hier in der stabilen, dreifach positiv geladenen Form als Au³⁺ vor. Die Flüssigkeit färbt sich hellgelb. Das im Wasser enthaltene Tritium (T) und Deuterium (D) wechselwirkt intensiv mit dem Gold-Komplex. Das Gold wird in der wässrigen Phase quasi mit schweren und radioaktiven Wasserstoff-Isotopen „umhüllt“. Jetzt kommt das Phenol (C_₆H_₅OH) ins Spiel. Es bildet eine lipophile (ölige) Hülle um den Gold-Chlorid-Komplex und zieht ihn aus dem Wasser nach oben in die organische Phase hinauf. Das Phenol reduziert die Gold-Ionen zu elementarem Gold. Da es sich um monoatomisches Gold handelt, lagert es sich im Öl zu perfekt dispergierten, winzigen Nanopartikeln zusammen (kolloidales Gold). Die obere Phase schlägt farblich radikal um. Sie verliert ihr Gelb und wird durch das kolloidale Gold tief purpurrot oder rubinrot. Diese perfekt dispergierte rote Farbe tritt typischerweise auf, wenn die Gold-Nanopartikel eine Größe von etwa 15 bis 30 Nanometern aufweisen. Das ist das berühmte Goldöl des Archibald Cockren. Gleichzeitig oxidiert das Phenol durch die Reaktion und den β⁻-Beschuss des Tritiums zu schwarzen Teer, der sich aufgrund seiner hohen Dichte und Polarität vermutlich am Boden der Ölphase oder als separate Schicht absetzt.

Nachdem das Gold und die organischen Komponenten die wässrige Phase verlassen haben  bleibt eine nahezu farblose, radioaktiv  wässrige Lösung zurück. Die in der wässrigen Phase verbliebenen Ammonium-Ionen (NH₃T)⁺ stehen in einem ständigen, extrem schnellen Protonenaustausch mit den umgebenden Wassermolekülen. Das bedeutet: Das Tritium des Ammonium-Ions „wandert“ sofort in das Lösungsmittel selbst. Die wässrige Phase wird dadurch zu tritiiertem Wasser (HTO) und bleibt radioaktiv. Die übrigen Salze verbleiben vollständig gelöst in der wässrigen Phase. Sie liegen als hydratisierte Ionen (Kationen und Anionen) vor und nehmen (im Gegensatz zu den Ammonium-Ionen) nicht am Protonenaustausch mit dem Tritium teil. 

Die zwei Phasen können durch vorsichtige Dekantierung getrennt werden.

Wir haben nun alle Komponenten für das große Werk:

• In der wässrigen Phase mercurius universalis (HTO) und Sal
• In der organischen Phase Gold und Sulphur