Fest und flüssig zugleich Forscher lösen Rätsel um Wundermetall

Unter großem Druck entwickelt Kalium sonderbare Eigenschaften. Es ist dann fest und flüssig zugleich. Forscher sind sich sicher: Sie haben es mit einem neuen Aggregatzustand zu tun.
Bei der Reaktion von Kalium und Wasser entsteht Gas (Symbolbild)

Bei der Reaktion von Kalium und Wasser entsteht Gas (Symbolbild)

Foto: Philip Evans / Getty Images

Fest, flüssig, gasförmig - diese drei Aggregatzustände kennt jeder aus dem Alltag. Um den Unterschied zu begreifen reicht es, Wasser in der Küche zu beobachten. Aus dem Hahn kommt es flüssig, im Gefrierschrank wird es fest, im Wasserkocher gasförmig. Physiker kennen noch andere Aggregatzustände, zum Beispiel Plasma, das aus geladenen Teilchen wie Elektronen besteht.

Inzwischen haben Forscher zudem entdeckt, dass manche Atome unter bestimmten Bedingungen gleichzeitig fest und flüssig sein können. Sie waren sich aber lange nicht ganz sicher, ob das tatsächlich ein neuer Zustand von Materie ist oder einfach nur auftritt, wenn sich Feststoffe verflüssigen.

Physiker um Andreas Hermann von der schottischen University of Edinburgh simulierten nun am Computer , wie sich das Metall Kalium unter extremem Druck verhält. Die meisten Atome ordneten sich demnach in festen Gittern an. Es gab allerdings ein paar Ausnahmen: Statt sich ins Gitter zu setzen, wurden diese Teilchen zur Flüssigkeit, schreiben die Forscher in den "Proceedings of the National Academy of Sciences".

Vom simplen Metall zur komplexen Struktur

Was dabei entsteht, kann man sich vorstellen wie einen Block aus festem Kalium, aus dem der Stoff in flüssiger Form herausläuft. "Es ist, als würde man einen mit Wasser vollgesogenen Schwamm festhalten, der anfängt zu tropfen - nur, dass der Schwamm auch aus Wasser besteht", erklärt Hermann in "National Geographic" .

Die Forscher sind überzeugt, dass es sich bei dem fest-flüssig-Gemisch um einen stabilen Aggregatzustand handelt. Die Atome in den Kalium-Gittern seien fest miteinander verbunden, sodass sie selbst beim Erhitzen stabil bleiben, während die Teilchen außerhalb des Gitters zerfließen.

Kalium sei für ein Metall chemisch recht einfach aufgebaut, sagt Hermann. Doch wenn es fest zusammengepresst würde, entstünden komplexe Strukturen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass insgesamt etwa ein halbes Dutzend Elemente den besonderen Aggregatzustand annehmen können, darunter auch Natrium. Sie hoffen, Anwendungen zu finden, bei denen sich die besondere Eigenschaft dieser Materialien nutzen lässt.

jme
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