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Arsen Modifikationen von Phosphor und Arsen untersucht

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Schon über 200 Jahre beschäftigt sich die Wissenschaft intensiv mit den Elementen Phosphor und Arsen. Prof. Dr. Peer Schmidt, Chemiker an der Hochschule Lausitz in Senftenberg, hat jetzt gemeinsam mit Wissenschaftlern der TU München und der Universität Regensburg das Geheimnis der Existenz verschiedener Modifikationen von Phosphor und Arsen gelüftet.

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Der Chemiker Prof. Peer Schmidt erläutert das Prinzip der künstlichen Bildung von metastabilem schwarzen Arsen. (Bild: Ralf-Peter Witzmann/ Hochschule Lausitz)
Der Chemiker Prof. Peer Schmidt erläutert das Prinzip der künstlichen Bildung von metastabilem schwarzen Arsen. (Bild: Ralf-Peter Witzmann/ Hochschule Lausitz)

Senftenberg – Man kennt heute neben speziellen tubularen Strukturen vor allem den weißen, roten, schwarzen und violetten Phosphor. Laut Lehrbuch kommt Arsen als graues, gelbes und schwarzes Arsen vor. Die Existenz des schwarzen Arsens, das dem stabilen schwarzen Phosphor entsprechen soll, wurde jedoch nie zweifelsfrei bewiesen. Die Wissenschaftler um Prof. Peer Schmidt zeigen nun in einem aktuellen Artikel auf, dass schwarzes Arsen in reiner Form metastabil ist und bisher vermutlich nur in einer durch Fremdatome stabilisierten Form erhalten wurde.

Modellrechnungen mit Kristallexperimenten kombiniert

Das Forscher-Team hat für die Untersuchungen Modellrechnungen mit Experimenten zur Kristallbildung kombiniert. Anhand der Berechnungen lässt sich abschätzen, wie hoch die Energie verschiedener Kristallmodifikationen der Stoffe ist. Ob und welche Modifikation bei chemischen Experimenten entsteht, hängt aber nicht nur von der energetischen Stabilität ab, sondern auch, mit welcher Geschwindigkeit sich die Stoffe bilden oder ineinander umwandeln. Die Bildung untersuchten die Forscher mithilfe von Gasphasenreaktionen. Die Feststoffe wurden dabei erhitzt und der resultierende Druck gemessen, der sich durch die Sublimation aufbaut. Dadurch konnten die stabilen und metastabilen Modifikationen unterschieden und Umwege über mehrere metastabile Zwischenstufen erkannt werden.

Synthesewege metastabiler Strukturen planen

Die Ergebnisse solcher Untersuchungen liefern nicht nur Grundlagenwissen, sondern helfen vor allem, Synthesewege für gewünschte, metastabile Phasen zielgerichtet zu planen. Dies ist für die Entwicklung innovativer Materialien mit neuen, attraktiven Eigenschaften interessant. Ein gängiges Beispiel für eine metastabile Phase ist der extrem harte Diamant, der sich theoretisch spontan in Graphit verwandeln kann – dies bei Raumtemperatur aber praktisch niemals tut.

Originalpublikation: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201106479/abstract

(ID:32873710)