Gold gilt chemisch als äusserst reaktionsträge. Forschende am European XFEL bei Hamburg konnten jetzt allerdings zeigen, dass das Edelmetalle unter extremen Bedingungen chemisch aktiv wird. Mit Hilfe des weltgrössten Röntgenlasers haben sie eine völlig neue Verbindung aus Gold und Wasserstoff herstellen können: festes Goldhydrid.
Unter extrem hohem Druck und Temperaturen bildete sich in Experimenten am European XFEL ein sogenanntes «Goldhydrid». Diese Entdeckung widerspricht der bisherigen Annahme, dass Gold kaum mit Wasserstoff reagiert, und eröffnet neue Perspektiven für die Chemie unter extremen Bedingungen.
Gold gilt als eines der reaktionsträgsten Metalle. Doch bei Drücken wie sie z.B. im Erdinneren herrschen – zeigt das Edelmetall andere Qualitäten. Forschende an der High-Energy-Density-Experimentierstation (HED) von European XFEL komprimierten Gold mit Hilfe einer Diamantstempelzelle auf über 40 Gigapascal (GPa) und erhitzten es mit ultrakurzen Blitzen des European-XFEL-Röntgenlasers auf rund 2500 °C. Unter diesen Bedingungen reagierte das Gold mit Wasserstoff, der aus eingebetteten Kohlenwasserstoffen freigesetzt wurde. Es bildete sich eine neuartige 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.
Bemerkenswert: Der Wasserstoff in der neu entdeckten Verbindung bewegt sich sehr leicht durch das feste Gitter der Goldatome. Diesen Zustand bezeichnet die Wissenschaft als «superionischen Zustand». Diese Eigenschaft wurde bisher hauptsächlich bei wasserstoffreichen Materialien beobachtet, ist in dieser Form bei goldhaltigen Verbindungen jedoch völlig neu.
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.
Diese Entdeckung hat auch Auswirkungen auf Hochdruckexperimente, in denen Gold bisher als völlig inertes Material eingesetzt wurde. Künftige Forschung soll klären, ob ähnliche Effekte auch bei anderen Edelmetallen auftreten.
