Druckkammer aus Diamant - scinexx | Das Wissensmagazin
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Druckkammer aus Diamant

Experimentieren: Hohe Drücke ohne viel Kraft

Experimente mit hohe Drücken finden herkömmlich in so genannten Autoklaven statt. Darin werden Kräfte durch hydraulische Pumpen oder Kolben auf eine Probe von meist wenigen Millilitern übertragen. Auf diese Weise lassen sich Drücke bis zu einigen Kilobar erzeugen. Den Druckbereich zu erweitern, scheitert vor allem an den großen Kräften, die solche Experimente schwierig und gefährlich machen.

Eis-VII unter dem Mikroskop © ChemieRUBIN

Eine Alternative bietet die so genannte Diamantstempelzelle. Die extrem verringerte Angriffsfläche in dieser winzigen „Druckkammer“ erlaubt es, nach dem physikalischen Gesetz „Druck ist Kraft pro Fläche“, mit vergleichsweise geringen Kräften Drücke bis zu einer Million Atmosphären zu erzeugen. Dabei wird der zu untersuchende Stoff in der Bohrung einer Metallscheibe zwischen die flachen Seiten zweier Diamanten gebracht und zum Beispiel mit einer Schraubzwinge zusammengepresst.

Aufbau einer Diamantstempelzelle © ChemieRUBIN

Die Flächen der Diamanten besitzen einen Durchmesser von rund einem Millimeter, das Flüssigkeitsvolumen beträgt weniger als ein Mikroliter. Da Diamanten für Strahlung vom infraroten Spektralbereich bis in den ultravioletten und Röntgenbereich durchlässig sind, lassen sich in der Diamantstempelzelle spektroskopische Experimente oder Druckmessungen beispielsweise durch Zugabe eines Rubinsplitters mit bekannter Druckabhängigkeit, durchführen.

Die optische Durchlässigkeit der Diamanten macht es ebenso möglich, das Geschehen in der Messzelle über ein Mikroskop zu beobachten: Auf etwa 100 °C erhitztes Wasser gefriert beispielsweise bei einem Druck von etwa 100 Kilobar zu Eis. Dabei entsteht eine Eis-Modifikation, die als Eis-VII bezeichnet wird.

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Stand: 07.01.2005

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Rätsel Wasser
Ein Lösungsmittel mit Geheimnissen

Drei aus eins
Die Aggregatzustände des Wassers

Zwei Wasserstoff, ein Sauerstoff
Einfache Formel - einzigartige Eigenschaften

Eis ist nicht gleich Eis
Gefrorenes Wasser unter der Lupe

Wasser als Biobaustoff
Faltungen auf der Spur

Druckkammer aus Diamant
Experimentieren: Hohe Drücke ohne viel Kraft

Von Kernen und Elektronen zu Molekülen
Simulation der Wechselwirkungen des Wassers

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