Fr, 24. November 2017

Unbekannte Form

29.03.2015 08:01

Eis mit quadratischem Kristallgitter entdeckt

Eine bislang unbekannte Form von Wassereis haben deutsche Forscher entdeckt. Sie entsteht, wenn Wasser in extrem engen Zwischenräumen von wasserabweisenden Materialen unter Druck gesetzt wird. Ungewöhnlich sei die quadratische Anordnung des Kristallgitters des Eises, die dieses besonders dicht und damit härter als normales Eis mache, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Nature".

Egal ob als Schneeflocke, Eiswürfel oder Eisblume, auf Kristallebene steckt hinter allen bislang bekannten Formen von Wassereis die gleiche hexagonale Grundstruktur. Diese wird durch den Winkel, den die beiden Sauerstoffatome im H2O-Molekül bilden bzw. durch den Winkel der sogenannten Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Molekülen bestimmt.

Forscher um Gerardo Algara-Siller von der Universität Ulm haben nach Varianten von Wassereis gesucht, wie sie vor allem in feinsten Kapillaren oder mikroskopische kleinen Poren vorkommen. Um solche Bedingungen nachzustellen, bedeckten die Wissenschaftler eine Lage Graphen mit einer winzigen Menge Wasser und bedeckten diese mit einer nur ein Atom dicken Graphen-Schicht. "Der Großteil des Wassers wurde dabei herausgedrückt, aber ein bisschen blieb in den vielen Ausnehmungen in Submikrometer-Größe hängen", schreiben die Forscher in "Nature".

Quadratische Wasserkristalle
Mithilfe eines Transmissions-Elektronenmikroskops (TEM) untersuchte man anschließend, welche Struktur dieses Wasser einnahm, und machte eine überraschende Entdeckung: Der auf das Wasser wirkende Druck war hoch genug, um selbst bei Raumtemperatur festes Eis entstehen zu lassen, das eine extrem flache und quadratische Struktur zeigte, wie man sie noch nie zuvor beobachtet hat. Molekulardynamische Berechnungen bestätigten, dass unter den herrschenden Bedingungen tatsächlich zweidimensionale, quadratische Wasserkristalle möglich sind.

Die TEM-Bilder würden zeigen, dass in der neu entdeckten Eisvariante die Wasserstoffverbindung einen Winkel von 90 Grad bildet - sowohl innerhalb der Gitterlagen als auch zwischen ihnen, so die Forscher. Mittels Modellsimulationen fand das Team um Algara-Siller zudem heraus, dass das so entstandene quadratische Eis durch sein spezielles Kristallgitter rund 50 Prozent härter ist als normales Eis.

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