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Donnerstag, 30.03.2017
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Gold „unedler“ als Kupfer

Beständigkeit von Gold bei hohen Drucken

Gold ist keinesfalls so beständig wie bisher angenommen. Das belegt eine Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams, die in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlicht wurde. Hinsichtlich seiner Kristallstruktur ist Gold offenbar tatsächlich "unedler" als Kupfer, Silber und Platin.
Elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche eines Goldkorns

Elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche eines Goldkorns

Die Einzigartigkeit des Goldes und seine besondere Rolle in der menschlichen Gesellschaft von Anfang an sind sehr eng mit seiner außergewöhnlichen Unempfindlichkeit gegenüber chemischen Reaktionen sowie extremen Drücken und Temperaturen verbunden. Gold war immer ein Synonym für Haltbarkeit und Beständigkeit. Bei normalem Umgebungsdruck nimmt Gold dabei seine Gestalt als flächenzentrierte, kubische Struktur (fcc) an und bleibt nach bisherigem Kenntnisstand in dieser Form bei Drücken bis mindestens 180 GigaPascal (Gpa) stabil.

Geo- und Materialwissenschaftler der Universität Bayreuth mit Kollegen der Universität Heidelberg und Wissenschaftlern aus Frankreich und Schweden berichten jetzt zum ersten Mal über ihre Entdeckung einer Umwandlung des Goldes in einem so genannten Phasenübergang. Mit einer Serie von Experimenten in beheizbaren Diamantstempelzellen wurde gezeigt, dass Gold bei Drücken oberhalb von ~240 GPa die dichtere Kristallstruktur einer hexagonal-dichtesten Kugelpackung (hcp) annimmt.

Druck wie im Erdkern


Bisher ließen sich Röntgenbeugungsexperimente bei Drücken oberhalb von 100 GPa lediglich in großen Teilchenbeschleunigern (Synchrotron) realisieren, von denen es weltweit nur wenige gibt. Die Forscher haben jedoch jetzt mit finanzieller Unterstützung der Deutsche Forschungsgemeinschaft eine neuartige Apparatur entwickelt, mit der sich neue Wege in der Materialforschung beschreiten lassen. Materie kann hier unter enormem Druck bis über 2,5 Millionen Atmosphären erforscht werden. Dies entspricht zum Beispiel dem Druck im Erdkern in einer Tiefe von 5.500 Kilometern.


Die große Druck- und Temperaturstabilität von Gold mit einer fcc-Struktur sowie dessen hohe isothermale Kompressibilität machten das Edelmetall bisher zu einem sehr attraktiven Vergleichs-Standard bei Hochdruck-/Hochtemperatur-Experimenten
in Druckbereichen oberhalb von 100 GPa. Doch die jetzt entdeckte druckbedingte Strukturänderung von Gold bei Drücken oberhalb von 240 GPa, stellt eine "natürliche" Begrenzung bei der Verwendung von fcc-Gold als Standard dar.

Der Druck, der notwendig ist, einen Phasenübergang des Goldes zu bewirken, ist aber zu hoch, um etwas Ähnliches wie eine "Goldpest" analog zu der "Zinnpest" - einer chemische Reaktion mit der langsamen Überführung des metallischen Zinns in eine andere, nicht-metallische Zinnverbindung in Form von unbrauchbarem Staub bei niedrigen Temperaturen - auf der Erde befürchten zu müssen. Jedoch machen neue experimentelle und theoretische Ansätze immer wieder deutlich, dass es kein "absolut" unveränderliches Material gibt; und Gold, als das Edelste aller Metalle, macht da von dieser Regel keine Ausnahme.
(Universität Bayreuth, 05.02.2007 - NPO)
 
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