Wassestofftank

© REUTERS/HEINZ-PETER BADER

Chemie
01/30/2017

Forscher verdichten Wasserstoff erstmals zu Metall

Nach 80 Jahren voller Rückschläge ist es Wissenschaftlern erstmals gelungen, metallischen Wasserstoff im Labor zu erzeugen.

Im Jahr 1935 sagten Forscher voraus, dass Wasserstoff unter sehr hohem Druck in einen metallischen Zustand übergehen sollte. Sie gingen davon aus, dass dazu 25 Gigapascal notwendig wären (ein Gigapascal entspricht rund 10.000 Atmosphären). Das stellte sich rasch als Irrtum heraus. Forscher versuchten mit immer höherem Druck, die Metallphase zu erreichen. Gelungen ist das aber erst jetzt, wie arstechnica berichtet. Es hat sich nämlich gezeigt, dass fast 500 Gigapascal notwendig sind, um Wasserstoff zum Metall zu pressen. Der Begriff "Metall" bezeichnet in diesem Zusammenhang keine feste Klasse von Materialien, sondern die Eigenschaft eines Stoffs, frei bewegliche Elektronen zu erlauben und damit etwa auch Strom zu leiten.

Gehärteter Diamant

Das ist auch der Grund dafür, dass der Nachweis so lange gedauert hat. Die Diamantstücke, mit denen Materialien in Pressen unter so hohen Druck gesetzt werden, waren den Anforderungen der Forscher nicht gewachsen. Sie mussten die Teile mittels verschiedener Kniffe erst anpassen, um in die erforderlichen Druckbereiche vorstoßen zu können. So wurde die Oberfläche der Diamanten behandelt, die Temperatur gesenkt und ein Verfahren entwickelt, das verhindert, dass der Wasserstoff in die Diamantenoberfläche eindringen kann. Mit der verbesserten Presse setzten Harvard-Wissenschaftler Wasserstoff so lange unter Druck, bis sich das Gas in eine schwarze Substanz verwandelte, ein Übergang der aus früheren Experimenten bereits bekannt war. Nach weiterer Druckerhöhung wurde die Probe bei einem Druck zwischen 465 und 495 schließlich reflektierend, ein untrügliches Zeichen für einen Phasenwechsel zum Metall.

Ob der metallische Wasserstoff eine Flüßigkeit oder ein Feststoff ist, können die Forscher derzeit nicht beantworten. Die Theorie spricht eher für einen Festkörper. Was das Experiment aber gezeigt hat, ist dass sich der metallische Wasserstoff, der in der Presse auf 15 Grad Kelvin gekühlt ist, auch bei einer Erwärmung auf 83 Kelvin nicht verändert. Es könnte sein, dass metallischer Wasserstoff metastabil ist, seine metallische Form also auch behält, wenn Druck und Temperatur, die seine Entstehung erzwungen haben, unter beziehungsweise über die nötigen Schwellenwerte sinken oder steigen. Das müssen weitere Untersuchungen aber erst bestätigen. Metallischer Wasserstoff kommt im Inneren von Sternen vor, wo enormer Druck herrscht.

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