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„Eis XVI“ ist die bisher ungewöhnlichste Form von kristallinem Wasser

Kristallographen der Uni Göttingen ist es gelungen, die sechzehnte Phase von festen Wasser im Labor herzustellen.
16.12.14
Bild: ​Falentin et. al. / ​Nature.

Eis gewordenes Wasser kann ein wahrhaft merkwürdiger Stoff sein. Dieser Zustand, in dem Wasser eine geringere Dichte als sein flüssiges chemisches Äquivalent aufweist, dürfte in dieser Form eigentlich gar nicht vorkommen. Wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, können Wassermoleküle äußerst robuste hexagonale Kristalle bilden, die sich zu einem Material formen, das streng genommen den Mineralien zugeordnet werden könnte. Wissenschaftler aus Göttingen haben nun einen noch viel verblüffenderen Eiszustand entdeckt.

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In der aktuellen Ausgabe des Magazins Nature berichtet ein Forscherteam um den Kristallographen Andrzej Falenty, die bisher am wenigsten dichte Form von Eis entdeckt bzw. entwickelt zu haben: „Eis XVI". Bei dem Material handelt es sich allerdings nicht um den ersten bekannten alternativen Aggregatszustand von Eis. Vielmehr reiht sich Eis XVI nahtlos zwischen den anderen 15 Formen von Eis ein—eine Materialgruppe, die sich untereinander nur durch die verschiedenen Dichten und unterschiedlichen kristallinen Strukturen unterscheidet.

Eis XVI gehört zu den sogenannten ​Gashydraten. Deren Moleküle sind so angeordnet, dass sich im Feststoff viele kleine Hohlräume oder „Käfige" befinden, die Gasmoleküle enthalten. Gashydraten sind zum Beispiel dafür bekannt, am Meeresgrund riesige Mengen an Methangas zu binden. Eis XVI unterscheidet sich insofern von den anderen Hydraten, als dass die Hohlräume hier leer sind. Das kommt daher, dass mit Hilfe von Wassermolekül-Ringen Neongas-Moleküle aus dem Feststoff gezogen werden.

Die Entdeckung von Eis XVI muss dabei noch lange nicht das Ende neuer Feststoffe von Wasser markieren. Obwohl noch keine wirklichen Beweise dafür vorliegen, nimmt man an, dass Wasser sich unter genügend Druck ​zu einem echten Metall verwandeln kann. Bei diesem künstlichen Herstellungsprozess gibt es aber ein Problem: Bei einem so hohen Druck wird auch extrem viel Hitze generiert. Das Eis schmilzt also, bevor es seinen Aggregatzustand ändern kann.

Eis existiert zwar auf der Erde in kristallinem Zustand, das bedeutet jedoch nicht, dass dies an jedem Ort im Universum so sein muss. Im All ist Wasser tatsächlich ​häufiger in Form von amorphem Eis zu finden. Ähnlich wie zum Beispiel bei Glas ist hier die Anordnung der Wassermoleküle geprägt von Unordnung. Dieser Zustand kommt meistens in den interstellaren Kaltzonen vor und entsteht, wenn Wasser plötzlich einer extremen Kältewelle ausgesetzt ist und sich wegen des sehr schnellen Gefrierens keine Kristalle bilden können.