Eisprojekt

Kristalline Hochdruckeisphasen

Phasendiagramm von Eis
Phasendiagramm von Eis

Der Polymorphismus von Wasser ist ein bemerkenswertes Phänomen. Obwohl in der irdischen Natur im Wesentlichen nur eine Eisphase, das hexagonale Eis Ih, vorkommt, sind (unter Laborbedingungen) mindestens 13 kristalline Eisphasen bekannt. Das abgebildete (unvollständige) Phasendiagramm gibt einen Eindruck davon. Die römischen Ziffern bezeichnen die kristallinen Hochdruckphasen.

In unserem Labor sind wir in der Lage, Eis Ih bei beliebigen Temperaturen oberhalb von 77 K bis auf ca. 2 GPa zu pressen. Dabei entstehen gemäß der Abbildung die entsprechenden Eisphasen. Alternativ kann bei einer hinreichend langsamen Druckapplikation auch amorphes Eis entstehen. Viele der Hochdruckeisphasen bleiben nach Abkühlung auf 77 K auch bei Normaldruck metastabil und sind so Röntgenstruktur- und NMR-Untersuchungen zugänglich. Im Zentrum des Interesses stehen dabei Deuteronen-NMR-Messungen (Spektren, Relaxationsraten, „Stimulierte Echos“), mit denen wir die Wasserdynamik in diesen Phasen untersuchen.

Mit den folgenden Links kann auf drei NMR-Publikationen der letzten Jahre zurückgegriffen werden:

  • B. Geil, T. M. Kirschgen, and F. Fujara, „Mechanism of proton transport in hexagonal ice“, Phys. Rev. B 72, 014304 (2005)
    doi: 10.1103/PhysRevB.72.014304
  • M. Scheuermann, B. Geil, K. Winkel, and F. Fujara, „Deuteron spin lattice relaxation in amorphous ices“, J. Chem. Phys. 124, 224503 (2006)
    doi: 10.1063/1.2204911
  • M. Scheuermann, B. Geil, F. Löw, and F. Fujara, „Deuteron spectra, spin-lattice relaxation, and stimulated echoes in ice II“, J. Chem. Phys. 130, 024506 (2009)
    doi:10.1063/1.3047789