Donnerstag, 11. Dezember 2014

Eis XVI: Neue kristalline Form von Wasser entdeckt


Ausschnitt aus der Kristallstruktur von Eis XVI. | Copyright: Universität Göttingen

Göttingen (Deutschland) - Deutschen und Schweizer Wissenschaftlern ist es gelungen, die bislang siebzehnte kristalline Form von Wasser herzustellen. Diese kristallisiert in einer Anordnung, die bisher nur in einer mit Gas gefüllten Form bekannt war. Mit der Entdeckung wird zum ersten Mal der Einfluss der Wechselwirkungen zwischen Wasser- und Gasmolekülen im Experiment unmittelbar quantifizierbar.

Wie die Forscher um Prof. Dr. Werner Kuhs, Leiter der Abteilung Kristallographie der Universität Göttingen, aktuell im Fachjournal "Nature" (DOI: 10.1038/nature14014) berichten, stellten sie das sogenannte "Eis XVI" her, indem sie die Ne-Clathrat – also eine Verbindung von Neon und Wasser - auspumpten. Die dabei resultierende Kristallstruktur lässt sich somit als "leeres Clathrat" beschreiben. Nach dem Auspumpen der Gasmoleküle dehnt sich das Kristallgitter aus, da die anziehenden Wechselwirkungen von Gas und Wasser wegfallen. "Diese Expansion ist größer als erwartet", erklärt Prof. Dr. Kuh. "Bisherige vereinfachte Annahmen beim Berechnen der physiko-chemischen Eigenschaften von Clathraten müssen deshalb nun revidiert werden."

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Clathrate, auch Gashydrate genannt, spielen eine bedeutende Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde, erläutert die Pressemitteilung der Göttinger Universität und führt weiter aus. "Methan-Clathrat ist in Permafrost- und Meeresböden in riesigen Mengen vorhanden, die die bekannten Vorräte an Erdgas und Erdöl bei weitem übertreffen. Clathrate spielen auch eine große Rolle beim Transport von Gas und Öl in Pipelines: Als feste Produkte können sie unter den dort herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen Pfropfen bilden, deren Verhinderung die Industrie jedes Jahr mehrere hundert Millionen Euro kostet. Eine genaue Vorhersage solcher Blockaden ist für den Betrieb einer Pipeline unerlässlich."

"Die Quantifizierung der Gas-Wasser-Wechselwirkung über das Eis XVI erlaubt in Zukunft verbesserte Vorhersagen über die Stabilität und Zusammensetzung von Clathraten", so Prof. Kuhs. "Das ist von großer Bedeutung sowohl für Geowissenschaftler als auch für Chemie-Ingenieure." Darüber hinaus spiele die Quantifizierung der Wechselwirkungen von hydrophoben Molekülen wie Methan mit Wasser eine große Rolle in vielen biochemischen Prozessen.


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