Extrembedingungen führen zu Goldhydrid Das neue Gold: Edles Metall wird reaktiv

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Und es reagiert doch, das Gold. Forscher am European XFEL haben das Edelmetall unter Extrembedingungen dazu gebracht, eine Verbindung mit Wasserstoff einzugehen. Die Entdeckung wurde erst durch moderne Methoden möglich, die Proben auch unter extremer Hitze analysieren.

Gold gilt chemisch als äußerst reaktionsträge. Doch selbst das wohl edelste aller Metalle wird unter extremen Bedingungen chemisch aktiv, wie Forschende am European XFEL nun gezeigt haben. Mit Hilfe des weltgrößten Röntgenlasers haben sie eine völlig neue Verbindung aus Gold und Wasserstoff hergestellt: festes Goldhydrid.

Unter extrem hohem Druck und Temperaturen bildete sich in Experimenten am European XFEL die außergewöhnliche neue Verbindung. Das widerspricht der bisherigen Annahme, dass Gold kaum mit Wasserstoff reagiert, und eröffnet neue Perspektiven für die Chemie unter extremen Bedingungen.

Wenn selbst Gold den Reaktionsdrang erliegt

Das Gold, was vielen aus dem Alltag bekannt ist, gilt als eines der reaktionsträgsten Metalle. Doch bei Drücken wie sie beispielsweise im Erdinneren herrschen zeigt das Edelmetall andere Qualitäten. Forschende an der High-Energy-Density-Experimentierstation (HED) von European XFEL komprimierten Gold mithilfe einer Diamantstempelzelle auf über 40 Gigapascal – vergleichbar mit dem Druck in rund 1.000 Kilometer Tiefe – und erhitzten es mit ultrakurzen Blitzen des European-XFEL-Röntgenlasers auf rund 2.500 Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen reagierte das Gold mit Wasserstoff, der aus eingebetteten Kohlenwasserstoffen freigesetzt wurde. Es bildete sich die neue Gold-Wasserstoff-Verbindung.

„Wir konnten nachweisen, dass das Gitter der Goldatome oberhalb von 40 GPa eine hexagonal-dicht gepackte Anordnung bildet mit ungeordneten Wasserstoffatomen in den Zwischenräumen“, erklärt Mungo Frost vom SLAC National Accelerator Laboratory. Die Goldhydrid genannte Verbindung besitzt die chemische Formel Au₂Hx, wobei der Wasserstoffgehalt x mit steigendem Druck zunimmt und zwischen Null und nahezu Eins liegt.

Hochdruck-Kohlenstoffchemie

Extreme Hitze und Druck: neue Kohlenstoffverbindungen erzeugt

Besonders bemerkenswert: Der Wasserstoff in der neu entdeckten Verbindung bewegt sich sehr leicht durch das feste Gitter der Goldatome. Dieser superionische Zustand wurde bisher hauptsächlich bei wasserstoffreichen Materialien beobachtet, bei goldhaltigen Verbindungen ist er in dieser Form jedoch völlig neu.

Nur dank Hochtemperatur-Analytik sichtbar

Beim Abkühlen zerfällt das Goldhydrid wieder in normales, flächenzentriertes, kubisch strukturiertes Gold. Daher vermuten die Forschenden, dass das Goldhydrid nur unter Hochtemperatur-Bedingungen stabil bleibt. Weil Proben früher bislang wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wurden, bevor man sie analysierte, haben vergangene Experimente die Verbindung offensichtlich übersehen.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass selbst so reaktionsträge Elemente wie Gold unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen ganz neue chemische Eigenschaften aufweisen können“, sagt Ulf Zastrau, Leiter der HED-Experimentierstation bei European XFEL, an der der Versuch durchgeführt wurde. Das Team sieht darin einen Hinweis, dass noch viele weitere unerwartete Verbindungen existieren könnten, die bisher nur aufgrund fehlender geeigneter Methoden unentdeckt geblieben sind.

Diese Entdeckung stellt nicht nur ein Novum für die Goldchemie dar, sondern hat darüber hinaus weitreichende Auswirkungen auf Hochdruckexperimente, in denen Gold bisher als völlig inertes Material eingesetzt wurde. Zukünftige Forschungen sollen klären, ob ähnliche Effekte auch bei anderen Edelmetallen auftreten.

Die Untersuchungen wurden am European XFEL in Schenefeld bei Hamburg durchgeführt, einem der leistungsfähigsten Röntgenlaser der Welt.

Originalpublikation: Mungo Frost et al.: Synthesis of Gold Hydride at High Pressure and High Temperature, Angewandte Chemie International Edition, August 2025; DOI: 10.1002/anie.202505811

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