Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warum ist Quecksilber bei Raumtemperatur flüssig?

27.08.2013
Albert Einsteins spezielle Relativitätstheorie weist den Weg zur Lösung des Geheimnisses des Quecksilbers

Das „Geheimnis“ des Quecksilbers hat ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg mit Hilfe von Computerexperimenten gelöst. Auf der Basis von Simulationen und numerischen Verfahren sind sie der Frage nachgegangen, warum dieses Metall bei normalen Umgebungstemperaturen stets in flüssiger Form auftritt.

Dabei konnten die Forscher aus Neuseeland, Frankreich und Heidelberg nachweisen, dass der niedrige Schmelzpunkt auf der besonderen Elektronenstruktur von Quecksilber beruht, die sich nur mit Hilfe der speziellen Relativitätstheorie (SRT) von Albert Einstein erklären lässt. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal „Angewandte Chemie“ veröffentlicht.

„Quecksilber stellt mit seinen Eigenschaften die theoretische Chemie seit langem vor viele Rätsel. Sein Aggregatzustand ist unter Normalbedingungen stets flüssig, anders als bei anderen Metallen wie Zink, Gold oder Kupfer, denen viel Wärme zugefügt werden muss, bis sie schmelzen“, sagt der Physiker Dr. Michael Wormit, der am Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) der Universität Heidelberg auf dem Gebiet der Theoretischen Chemie forscht. „Quecksilber ähnelt in seinem Verhalten häufig eher einem Edelgas als einem Metall.“

Dass die Besonderheiten von Quecksilber ihre Ursache in Effekten der speziellen Relativitätstheorie haben, wird in der Forschung seit längerem vermutet, konnte aber bislang nicht quantitativ nachgewiesen werden. Mit dieser Theorie beschreibt Albert Einstein die Eigenschaften von sehr schnell bewegter Materie, die im Quecksilberatom in Form von 82 Elektronen auftritt. Das Quecksilberatom besitzt daher eine veränderte Elektronenstruktur gegenüber leichteren Atomen, bei denen solche Effekte eine geringere Rolle spielen.

Dr. Wormit hat zusammen mit Dr. Florent Calvo (Université de Lyon, Frankreich), Dr. Elke Pahl und Prof. Dr. Peter Schwerdtfeger (beide Massey University, Auckland, Neuseeland) die atomare Struktur von Quecksilber bestehend aus dem Atomkern und den dazugehörigen Elektronen am Rechner modelliert. Dabei wurde die Wechselwirkung der Quecksilberatome bei unterschiedlichem Druck und bei verschiedenen Temperaturen mit Hilfe von Computersimulationen untersucht.

„Lange Zeit reichte die Rechnerkapazität für Simulationen und Berechnungen dieser Art einfach nicht aus“, erläutert der Heidelberger Wissenschaftler, der bei seinen Forschungen auch die sogenannte Monte-Carlo-Simulation eingesetzt hat. Dieses mathematische Verfahren aus der Stochastik basiert auf Zufallsexperimenten, die in einer sehr großen Anzahl durchgeführt werden. Die zugrundeliegenden Fragestellungen werden dabei mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitstheorie auf numerischem Weg gelöst, da eine deterministische Berechnung numerisch nicht durchführbar ist.

„Mit unserem Forschungsansatz, der sich erstmals mit den entsprechenden Rechnerkapazitäten realisieren ließ, konnten wir zeigen, dass die relativistischen Effekte für die Simulation von Quecksilbermaterialien von entscheidender Bedeutung sind. Ohne diese Effekte läge der Schmelzpunkt von kristallinem, sprich festem Quecksilber um 105 Grad Celsius höher und es wäre bei Raumtemperatur nicht flüssig, sondern fest“, erklärt Michael Wormit.

Informationen im Internet:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201302742/abstract
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201302742/abstract
Originalveröffentlichung:
F. Calvo, E. Pahl, M. Wormit, P. Schwerdtfeger: Erklärung des niedrigen Schmelzpunkts von Quecksilber mit relativistischen Effekten, Angew. Chem. 2013, 125, 7731-7734, doi: 10.1002/ange.201302742 (Deutsche Fassung)

F. Calvo, E. Pahl, M. Wormit, P. Schwerdtfeger: Evidence for Low-Temperature Melting of Mercury owing to Relativity, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7583-7585, doi: 10.1002/anie.201302742 (Englische Fassung)

Kontakt:
Dr. Michael Wormit
Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen
Telefon (06221) 54-8781
michael.wormit@iwr.uni-heidelberg.de
Kommunikation und Marketing
Pressestelle
Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie