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StartseiteForschung aktuellDie Rätsel des Wassers05.01.2004

Die Rätsel des Wassers

Chemiker stoßen auf Ungereimtheiten beim Wasserstoff

<strong>Physik. - Die chemische Formel H2O – Wasser – ist bekannt wie keine zweite. Doch nach jüngsten Untersuchungen eines Berliner Wissenschaftlers ist sie aber auch falsch. Vielmehr müsste sie korrekt "H1,5O" lauten. Denn, so maß der Forscher, ein Viertel aller enthaltenen Protonen verschwinden schlicht.</strong>

Muss hier ein H-Atom halbiert werden? (uni-wuerzburg.de)
Muss hier ein H-Atom halbiert werden? (uni-wuerzburg.de)

Auf die Frage nach der Formel für Wasser antworten Chemiker schlicht: "H2O". Ein Physiker der Technischen Universität Berlin sieht die Sache indes anders. Professor Chariton Chatzidimitriou-Dreismann vom Stranski-Laboratorium für Physikalische und Theoretische Chemie maß genau nach und kam dabei zu dem Schluss, Wasser bestehe eigentlich nur aus "H1,5O". Nach der modernen Quantenmechanik gibt es ein Phänomen, das mit der berühmten Katze des österreichischen Physikers Erwin Schrödinger verdeutlicht wird. "Dieses Tier ist gleichzeitig lebendig und tot – quasi ein Zombie", veranschaulicht Dreismann. Ebenso verhalte es sich mit einem Proton. Auch bestehe ein Wassermolekül nicht einfach aus zwei Protonen und einem Sauerstoffatom. "Stattdessen verschwindet ein Teil der Protonen einfach!" Mit seinem Experiment könnte der Berliner Forscher der Chemie buchstäblich das Wasser abgraben. Dazu schoss Chatzidimitriou-Dreismann einen Neutronenstrahl auf eine winzige Probe reinsten Wassers: "Wenn Sie dabei an einen Billardtisch denken, dann gibt es da die weiße Kugel, die quasi dem Neutronenstrahl entspricht, während die anderen Kugeln den Protonen entsprechen. Die weiße Kugel sieht aber die anderen Kugel nicht – sie sieht weniger als die anderen. Physiker formulieren das auch so: der effektive Streuquerschnitt wird kleiner."

Treffen Neutronen auf die winzige Wasserprobe, prallen sie an den Kernen der Wassermoleküle ab und ändern ihre Flugbahn – genauso wie Billardkugeln bei der Karambolage. Der Rest des Experiments ist jetzt nur physikalische Routinearbeit, nämlich die Berechnung, an wie vielen Stellen pro Molekül die Neutronen aufgetroffen und abgelenkt worden sein müssen. Nach der bestens bekannten Formel für Wasser müssten es genau drei sein: zwei für die Wasserstoff-Protonen und eine für das Sauerstoffatom. Für Chemiker war daran bislang kein Zweifel, erhielten sie doch aus diesen Substanzen und ihrem exakten Verhältnis in der bekannten Knallgasreaktion stets die erwartete Menge Wasser. Doch das Ergebnis von Chariton Chatzidimitriou-Dreismann sieht anders aus, denn bei ihm scheint sich jedes vierte Wasserstoffatom einfach in Luft aufgelöst zu haben. "Das hat zu einem gewissen Zeitpunkt mehrere Positionen im Raum. So besteht ein Wassermolekül eben nicht einfach aus drei fest definierten Pünktchen, sondern hier tritt auch der Wellencharakter von Materie in Erscheinung – die so genannte destruktive Quanteninterferenz." Bei diesem Phänomen verschwinde schlicht ein Teil der Protonen.

Bis aber eine sichere Erklärung über den Verbleib jenes ominösen Viertels der Protonen gefunden sein wird, dürfte es noch eine Weile dauern. Zwar spricht die Quantenphysik vom Wellencharakter der Teilchen und davon, dass sich einzelne Teilchen durch Quanteninterferenz auslöschen können. Doch scheut sich bislang auch die Physik zu sagen, die Wasserstoffkerne seien zu einem Viertel einfach verschwunden. Viel besser klingt da schon: "In den Mikromilliardstel Bruchteilen einer Sekunde, in der ein Neutron auf ein Wasserstoffatom trifft, weist die Materie bislang unbekannte Eigenschaften auf." Tatsächlich misst Dreismann nur dann den Effekt des verschwundenen Wasserstoffs, wenn die Neutronen mit hoher Geschwindigkeit aufprallen. Dann aber zeigt sich das Phänomen auch nicht allein bei Wasser. Es scheint, als seien alle chemischen Verbindungen betroffen, in denen ein Wasserstoffatom eingebaut ist. Bis sich aber eine einleuchtende Erklärung findet, werden Chemiker das Viertel Protonen weiter in Wasser einbauen, und Physiker es wieder herausrechnen.

[Quelle: Uwe Springfeld]

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