Wasser kann als einzige Substanz in der Natur in festem, flüssigen oder gasförmigem Zustand angetroffen werden. Gerade im flüssigen Zustand zeigt Wasser viele unerwartete Eigenschaften. Warum das so ist, ist in der Wissenschaft noch unklar. Um das zu untersuchen hat ein Team der Uni Innsbruck deshalb daran gearbeitet, Wasser im Bruchteil einer Sekunde stark abzukühlen.
Die Idee dahinter ist, Wasser so schnell zum Abkühlen zu bringen, dass es keine Zeit hat zu Eis zu werden und stattdessen zum sogenannten „Glas“ wird. Dabei entsteht ein starres Abbild von Wasser, die Struktur und Eigenschaften bleiben dabei aber erhalten, so kann Wasser besser untersucht werden, berichtet Chemiker Thomas Lörting von der Uni Innsbruck.
Versuche dazu sehr komplex
Wasser zu „Glas“ erstarren zu lassen, sei aber sehr schwierig, so Lörting. Je weniger Flüssigkeit da ist, desto schneller kann sie abgekühlt werden. Das Team rund um Lörting setzte deshalb auf sehr kleine Wassertropfen, die mit einer Art „Zerstäuber“ gewonnen werden konnten. Diese kleinen Wassertropfen wurden mit Überschallgeschwindigkeit „so schnell wie ein Eurofighter“ in eine speziellen Apparat geschickt, dort treffen die Wassertröpfchen dann auf eine sehr kalte Kupferplatte mit -200 Grad Celsius auf und erstarren augenblicklich.
Das alles muss sehr schnell passieren, das Wasser wird dazu mit über einer Million Grad pro Sekunden von Raumtemperatur auf -130 Grad Celsius abgekühlt, so Lörting. Anfang der 1980er Jahre wurde an der Uni Innsbruck eine Technik entwickelt, die dieses extreme Abschrecken von Wasser möglich mache, das sei bis heute einzigartig und unerreicht, hieß es von Seiten der Uni.
Erklärung für Wasserzustände in Reichweite
Auf diese Methode setzte das Team des Instituts für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck. Gleichzeitig arbeiteten die Wissenschafter mit Druck. Die Kupferplatte mit dem Wasser wurde aus der Apparatur ausgebaut und in eine „Hochdruckpresse“ transferiert. Dort wurde sie unter Druck gesetzt. Dabei entstand plötzlich ein zweites Glas, das auch andere Materialeigenschaften aufwies. Analysen mit Röntgenstrahlen bestätigten, dass die Probe durch Kompression zu einem zweiten Glas wurde.
Das sei die erste klare experimentelle Bestätigung für die Existenz von zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten in Wasser, freute sich Chemiker Thomas Lörting. Damit gebe es einen starken Hinweis, wenn nicht sogar einen Beweis für das Zweiflüssigkeitsmodell. Lörting und sein Team berichteten darüber in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Die Ergebnisse könnten jetzt helfen, die einzigartigen Eigenschaften von Wasser zu beschreiben, so die Forscher.