Erstmals fünfeckige Eiskristalle beobachtet

10. März 2009, 15:00
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Britische Forscher fanden durch Zufall heraus, dass mikroskopisch kleine Eisstäbchen unter bestimmten Umständen in pentagonale Grundstruktur wachsen

Es heißt, keine zwei Schneeflocken gleichen einander. Aber so wie alle natürlichen Eiskristalle folgen sie in ihrem Aufbau stets dem selben sechsseitigen Thema. Umso überraschter waren nun jene Wissenschafter, die durch Zufall den Beweis für die Existenz von fünseitigen Eiskristallen endeckten.

Die ungewöhnlichen Strukturen wuchsen auf einer Kupferoberfläche im Vakuum bei einer Temperatur von 173° Celsius unter Null. Unter diesen speziellen Bedingungen beginnen geringe Wassermengen sich an das Kupfer anzulagern und bilden spontan freistehende Kristallstäbchen.

"Seit diese Ketten vor einigen Jahren das erste Mal beobachtet wurden, ging man davon aus, dass sie sich aus einzelnen Sechsecken zusammen setzen," meint Angelos Michaelides, Chemiker am University College London. Der Wissenschafter ist Mitglied eines Teams, das bei der Untersuchung dieser Eiskristalle an deren oberen Ende ein regelmäßiges Muster von hervorragenden Spitzen entdeckte.

Überraschendes Fünfeck

Genauere Beobachtungen ergaben, dass das Phänomen von Sauerstoff- und Wasserstoffatomen herrührt, die sich dreidimensional anordneten. Simulationen zeigten, dass sich die beobachteten Strukturen nur auf ein fünfeckiges Arrangement von Wassermolekülen zurückführen ließ.

Flüssiges Wasser kann sich unter Umständen in fünfeckiger Form präsentieren - dann nämlich, wenn es in einem fremden Molekül-Gitter eingefangen ist. Gefrorenes Wasser dagegen ist in seiner Grundstruktur immer hexagonal - zumindest glaubte man das bis jetzt.

"Das war ein große Überraschung," meint Michaelides. "Wir sind sehr zuversichtlich, dass hier das erste Mal Eis auf pentagonaler Basis beobachtet worden ist. Beim Anlagern besetzen die Wassermoleküle zunächst kleine Spitzen, die von den Kupferatomen gebildet werden. Dieser Form-Grundlage zwingt die alle folgenden Schichten in eine Fünfeck-Struktur.

Exotisches Eis

Die Entdeckung weist darauf hin, dass womöglich noch exotischer Eiskristall-Formen exisieren. "Es gibt keine feste Regel, wonach Eisstruktruren auf Metalloberflächen automatische pentagonale Formen annehmen," sagt Michaelides. "Auch Siebenecke und andere interessante Strukturen könnten möglich sein."

Dennoch ist es sehr unwahrscheinlich, dass in der Natur jemals eine fünfeckige Schneeflocke beobachtet wird. "Macroskopische pentagonale Eiskristalle müssten in mehr als nur eine Richtung wachsen und wir wissen, dass bereits eine zweidimensionale Fläche mit Fünfecken nicht zu füllen ist," meint Michaelides. (red)

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