Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tieftemperaturrekord für flüssiges Wasser aufgestellt

08.10.2013
Wasser kann bei viel tieferen Temperaturen noch flüssig sein, als bisher angenommen.

Das haben Forscher der Universität Innsbruck um den Chemiker Thomas Lörting und der TU Dortmund um den Physiker Roland Böhmer nun experimentell nachgewiesen. Diese überraschende Erkenntnis wirft ein neues Licht auf die Frage, wie organische Verbindungen oder gar Leben im Weltall entstehen können.

Die Forschungsgruppe um Thomas Lörting vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck stellt unter hohem Druck und bei sehr tiefen Temperaturen hochdichtes, amorphes Eis her. Im Gegensatz zu kristallinem Eis sind die Wassermoleküle in amorphem Eis unregelmäßig angeordnet. Dieses Eis ist damit flüssigem Wasser sehr ähnlich - quasi die erstarrte Form von fließendem Wasser. Im Weltall kommt Eis fast ausschließlich in der amorphen Form vor, während es auf der Erde immer als kristallines Eis vorliegt.

„Wir entspannen das amorphe Eis, damit es in den Gleichgewichtszustand kommt“, erklärt Lörting. „Dann erwärmen wir es sehr langsam im Vakuum oder bei Umgebungsdruck und überprüfen, bei welcher Temperatur es sich verflüssigt.“ Flüssig definieren die Wissenschaftler einen Zustand, in dem der Stoff nach einer Störung innerhalb von höchstens 100 Sekunden in seinen Gleichgewichtszustand zurückkehrt, also „relaxiert“.

Flüssig bei -157 Grad Celsius

Die Innsbrucker Chemiker haben die Messungen zunächst mit einem Kalorimeter durchgeführt und kamen zu dem überraschenden Ergebnis, dass das hochdichte, amorphe Eis bereits bei rund -157 Grad Celsius (116 Kelvin) vom erstarrten in den flüssigen Zustand übergeht. „Es handelt sich dabei um eine hochviskose Flüssigkeit, die zäher als Honig ist“, beschreibt ERC-Preisträger Thomas Lörting das tief unterkühlte Wasser. Bei -148 Grad Celsius (125 K) relaxiert das hochdichte, flüssige Wasser innerhalb von einer Sekunde, wie Messungen mittels dielektrischer Spektroskopie an der Technischen Universität Dortmund zeigen.

„Wasser kann unter Umgebungsdruck oder Vakuum oberhalb von -157 Grad Celsius in flüssiger Form auftreten“, freut sich Thomas Lörting über diesen Durchbruch. Es handelt sich bereits um den zweiten, sogenannten Glasübergang, der an der Universität Innsbruck für Wasser gefunden wurde. Schon vor 30 Jahren hatte der inzwischen verstorbene Chemiker Erwin Mayer an der Universität Innsbruck den Glasübergang von niederdichtem, amorphem Eis bei -137 Grad Celsius gefunden.

Bedeutung für die Entstehung größerer Moleküle?

Diese neue Entdeckung könnte für unser Verständnis der Evolution von Molekülen und womöglich auch die Frage nach der Entstehung von Leben im Weltall von Bedeutung sein. Denn flüssiges Wasser gilt gemeinhin als das Lösungsmittel für chemische Reaktionen schlechthin, als Geburtsstätte der Moleküle des Lebens. Wenn Wasser bei sehr viel tieferen Temperaturen als bisher angenommen flüssig auftritt, wirft das ein neues Licht auf diesen Prozess. Auch kann die aktuelle Arbeit neue Ansatzpunkte für die Erklärung der vielen anormalen Eigenschaften des Wassers liefern. Das Team um Roland Böhmer und Thomas Lörting will nun das zähflüssige Wasser genauer untersuchen und dessen Eigenschaften näher charakterisieren. „Wir wollen wissen, wie sich andere Stoffe in diesem Wasser lösen lassen und wie die um ein Viertel höhere Dichte des Wassers die Reaktionsfähigkeit verändert“, sagt der Chemiker. „Hier öffnet sich uns ein neues Forschungsfeld, das Arbeit für weitere 30 Jahre liefert“, ist Thomas Lörting überzeugt.

Die aktuelle Arbeit entstand im Rahmen der Forschungsplattform Material- und Nanowissenschaften an der Universität Innsbruck und wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC), dem österreichischen Forschungsförderungsfonds (FWF) und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) finanziell unterstützt. Der Bessel-Preis der Humboldt-Stiftung ermöglicht Thomas Lörting mehrere Gastmonate in Dortmund – erstmals im September 2013.

Publikation: Water’s second glass transition. Katrin Amann-Winkel, Catalin Gainaru, Philip H. Handle, Markus Seidl, Helge Nelson, Roland Böhmer, and Thomas Loerting. Proceedings of the National Academy of Sciences 2013 DOI: 10.1073/pnas.1311718110

Rückfragehinweis:
Thomas Lörting
Institut für Physikalische Chemie
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 5062
E-Mail: thomas.loerting@uibk.ac.at
Roland Böhmer
Lehrstuhl Experimentelle Physik III
TU Dortmund
Tel.: +49 231 755-3514
E-Mail: roland.bohmer@tu-dortmund.de
Christian Flatz
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 32022
Mobil: +43 676 872532022
E-Mail: christian.flatz@uibk.ac.at
Weitere Informationen:
http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1311718110
- Water’s second glass transition. Katrin Amann-Winkel, Catalin Gainaru, Philip H. Handle, Markus Seidl, Helge Nelson, Roland Böhmer, and Thomas Loerting. Proceedings of the National Academy of Sciences 2013
http://www.uibk.ac.at/physchem/index.html.de
- Institut für Physikalische Chemie - Universität Innsbruck
http://e3.physik.uni-dortmund.de/de/
- Lehrstuhl Experimentelle Physik III - TU Dortmund

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen
17.02.2017 | Universität Konstanz

nachricht Zukunftsmusik: Neues Funktionsprinzip zur Erzeugung der „Dritten Harmonischen“
17.02.2017 | Laser Zentrum Hannover 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: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

Ökologischer Landbau: Experten diskutieren Beitrag zum Grundwasserschutz

17.02.2017 | Veranstaltungen

Von DigiCash bis Bitcoin

16.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks

17.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

LODENFREY setzt auf das Workforce Mangement von GFOS

17.02.2017 | Unternehmensmeldung

50 Jahre JULABO : Erfahrung – Können & Weiterentwicklung!

17.02.2017 | Unternehmensmeldung