Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schwarzes Arsen – Fiktion oder Wirklichkeit?

17.02.2012
Synthese und Identifizierung metastabiler Verbindungen

Phosphor und Arsen stehen im Periodensystem übereinander und ähneln sich daher in vielen Eigenschaften. Phosphor kann unter anderem als weißer, roter, schwarzer und violetter Phosphor auftreten. Bei Raumtemperatur ist schwarzer Phosphor die stabile Modifikation, die anderen sind metastabil.

Arsen kommt als graues, gelbes und schwarzes Arsen vor. Die Existenz der schwarzen Modifikation, die der des schwarzen Phosphors entsprechen soll, wurde jedoch nie zweifelsfrei bewiesen. Deutsche Wissenschaftler zeigen in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun, dass schwarzes Arsen in reiner Form metastabil ist und bisher vermutlich nur in einer durch Fremdatome stabilisierten Form erhalten wurde.

Das Team um Tom Nilges von der TU München, Richard Weihrich von der Universität Regensburg und Peer Schmidt von der Hochschule Lausitz hat für die Studien quantenchemische Rechnungen mit Experimenten zur Phasenbildung kombiniert. Anhand der Berechnungen lässt sich abschätzen, wie hoch die energetischen Stabilitäten verschiedener Modifikationen von Reinstoffen oder Kombinationen von Feststoffen, so genannten festen Lösungen, sind.

Welche Phasen entstehen, hängt aber nicht nur von diesem thermodynamischen Energieinhalt ab, sondern auch von der Kinetik, das heißt der Geschwindigkeit, mit der die einzelnen Phasen entstehen und sich ineinander umwandeln. Metastabile Phasen haben unter definierten Drücken und Temperaturen eine höhere Energie als die stabile Phase. Da für eine Umwandlung aber zunächst eine relativ hohe Energiebarriere überwunden werden muss, wandeln sie sich nur langsam oder auch gar nicht in die stabile Phase um.

Die Phasenbildung untersuchten die Forscher mithilfe von Gasphasenreaktionen. Die Feststoffe werden dabei erhitzt und der resultierende Druck gemessen, der sich durch das Sublimieren von Teilchen aus dem Festkörper aufbaut. Aus einer metastabilen Phase treten Teilchen deutlich leichter in die Gasphase über, der Druck liegt daher höher als bei einer stabilen Phase. Beim Übergang von einer metastabilen zu einer stabilen Phase lässt sich ein Druckabfall beobachten. Auch Umwege über mehrere verschiedene metastabile Zwischenstufen können erkannt werden.

Dem Forscherteam gelang es so, alle metastabilen und stabilen Phasen fester Lösungen von Arsen und Phosphor für alle möglichen Mengenverhältnisse zu identifizieren. Dabei zeigte sich, dass schwarzes Arsen in reiner Form metastabil ist.

Die Ergebnisse derartiger Untersuchungen liefern aber nicht nur akademisches Grundlagenwissen, sondern helfen, Synthesewege für gewünschte, insbesondere metastabile Phasen zielgerichtet zu planen. Dies ist für die Entwicklung innovativer Materialien interessant, denn gerade metastabile Phasen zeigen oft interessante Eigenschaften. Ein gängiges Beispiel für eine metastabile Phase ist der extrem harte Diamant, der sich theoretisch spontan in Graphit verwandeln kann – dies bei Raumtemperatur aber praktisch niemals tut.

Angewandte Chemie: Presseinfo 07/2012

Autor: Tom Nilges, Technische Universität München (Germany), http://www.acinnomat.ch.tum.de/index.php?id=313

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201106479

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wegbereiter für Vitamin A in Reis
21.07.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Pharmakologie - Im Strom der Bläschen
21.07.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten