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Diamant aus Stickstoff

Eine Gruppe Mainzer Wissenschaftler hat gewöhnlichen Stickstoff mithilfe von hohen Drücken und Temperaturen in einen Festkörper überführt. Der so hergestellte Kristall weist die gleiche Gitterstruktur wie Diamant auf und könnte eventuell als Treibstoff oder Sprengstoff einsetzbar sein. Das berichten die Forscher vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz im Fachmagazin Nature Materials.

Gewöhnliche, gasförmige Stickstoffmoleküle bestehen aus jeweils zwei Atomen, die mittels einer dreifachen Elektronenpaarbindung aneinander gebunden sind. Aufgrund der Stärke dieser Bindung ist Stickstoff sehr reaktionsträge ? zum Glück, schließlich besteht die Luft zum größten Teil aus diesem Gas. Den Forschern um Mikail Eremets ist es nun allerdings gelungen, Stickstoff in einen hochreaktiven Festkörper zu verwandeln.

Um dieses Kunststück fertig zu bringen, mussten die Wissenschaftler den Stickstoff in einer Hochdruckzelle einer Temperatur von etwa 1.800 Grad Celsius sowie einem Druck von mehr als einer Million Atmosphären aussetzen. Dabei entstand ein transparenter Kristall, dessen Struktur sich anschließend mittels Röntgenstrahlen sowie optischer Spektroskopie untersuchen ließ.

Dabei fanden die Forscher heraus, dass die Gitterstruktur des Stickstoffkristalls der von Diamant gleicht. Die einzelnen Atome des Kristallgitters sind nur mittels einfacher Elektronenpaarbindungen miteinander verknüpft. Der Kristall weist daher eine extrem hohe Energiedichte auf. Eremets glaubt, dass bei einer explosionsartigen Umwandlung in gewöhnlichen, dreifach gebundenen Stickstoff mehr als fünfmal so viel Energie freigesetzt werden könnte als bei den besten nichtnuklearen Sprengstoffen.

Der Stickstoffkristall könnte daher als umweltfreundlicher Treibstoff für Raketen eingesetzt werden. Bevor diese Vision Wirklichkeit werden kann, muss allerdings erst noch geklärt werden, ob sich der Kristall auch bei weniger extremen Drücken und Temperaturen herstellen lässt.

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Stefan Maier
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