Montag, den 01. Juli 2019 um 04:39 Uhr

Hochdruck schafft neue Nachbarn für Beryllium: Forscher entdecken ungewöhnliche Kristallstrukturen

Das seltene Element Beryllium ist vor allem als Bestandteil von Smaragden, Aquamarinen und anderen Edelsteinen bekannt. Ein internationales Team mit Wissenschaftlern der Universität Bayreuth berichtet jetzt in „Nature Communications“ über eine sehr ungewöhnliche Entdeckung: Unter einem Druck, der 880.000mal so hoch ist wie der Druck der Erdatmosphäre, umgeben sich Beryllium-Atome in einem Phosphat-Kristall mit sechs Nachbaratomen statt üblicherweise mit vier. Vor fünf Jahrzehnten wurde diese Kristallstruktur theoretisch vorhergesagt, doch erst bei Hochdruckexperimenten am Deutschen Elektronensynchrotron (DESY) in Hamburg konnte sie nun beobachtet werden.

An den Forschungsarbeiten waren seitens der Universität Bayreuth Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky und Dr. Maxim Bykov vom Bayerischen Geoinstitut beteiligt, und ebenso Georgios Aprilis und Dr. Anna Pakhomova aus der Arbeitsgruppe für Materialphysik und Technologie bei extremen Bedingungen im Labor für Kristallographie.

Ursprünglich galt es in der Chemie als prinzipiell ausgeschlossen, dass Beryllium-Atome in Kristallen mehr als vier Nachbaratome haben können. Dies schien mit den Gesetzen des Periodensystems über lange Zeit unvereinbar zu sein. „Vor rund 50 Jahren entdeckten Theoretiker dann, dass höhere Koordinationen tatsächlich möglich sein könnten, aber diese haben sich hartnäckig der experimentellen Bestätigung in anorganischen Verbindungen entzogen“, berichtet die Bayreuther Habilitandin und DESY-Mitarbeiterin Dr. Anna Pakhomova.

Hochdruckexperimente an DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III haben erstmals den empirischen Nachweis ermöglicht. Die Forscherinnen und Forscher haben dafür Proben des Phosphat-Kristalls Hurlbutit untersucht, eines seltenen Minerals, das aus Kalzium, Beryllium, Phosphor und Sauerstoff besteht (CaBe2P2O8) und an der Erdoberfläche vorkommt. Darin hat jedes Berylliumatom unter normalen Umgebungsbedingungen vier Sauerstoffatome als Nachbarn. Bei einem 700.000fachen Atmosphärendruck ändert sich die Kristallstruktur jedoch so grundlegend, dass Beryllium-Atome einen fünften Nachbarn bekommen. Ein 880.000facher Atmosphärendruck erzeugt erneute Strukturänderungen, die ihnen einen sechsten Nachbarn verschaffen.

„Für die neuen Kristalle gibt es derzeit zwar keine technologischen Anwendungsmöglichkeiten, aber sie erweitern den Horizont der Materialwissenschaft. Sie zeigen uns, dass sich aus den Normalbedingungen auf der Erdoberfläche keine unumstößlichen chemischen Gewissheiten ableiten lassen. Extreme Bedingungen und seltene Phänomene, die wir nur mit Hochtechnologien im Labor erzeugen und beobachten können, sind vielerorts im Universum ein Normalfall“, sagt Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky.


Den Artikel finden Sie unter:

https://www.uni-bayreuth.de/de/universitaet/presse/pressemitteilungen/2019/081-Beryllium/index.html

Quelle: Universität Bayreuth (06/2019)


Publikation:
Anna Pakhomova, Georgios Aprilis, Maxim Bykov, Liudmila Gorelova, Sergey Krivovichev, Maxim P. Belov, Igor A. Abrikosov and Leonid Dubrovinsky: Penta- and hexa-coordinated beryllium and phosphorus in high-pressure modifications of CaBe2P2O8. Nature Communications (2019), DOI: 10.1038/s41467-019-10589-z

Um unsere Webseite für Sie optimal zu gestalten und fortlaufend verbessern zu können, verwenden wir Cookies. Durch die weitere Nutzung der Webseite stimmen Sie der Verwendung von Cookies zu.
Weitere Informationen zu Cookies erhalten Sie in unserer Datenschutzerklärung.