Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Frage der Anziehung

22.09.2008
Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation kommen einer neuer Bindungsart von Wasser auf die Spur.

Wasser ist mehr als H2O - zumindest auf atomarer Ebene. Einige der Moleküle scharen sich in Gruppen zusammen, andere zerfallen in kleinere, elektrisch geladene Einheiten.

Eine Verbindung, die bisher nur in Rechnungen vorhergesagt wurde, hat ein Team von Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, dem Elektronenspeicherring BESSY, der Universität in Uppsala, sowie dem Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie und der Freien Universität in Berlin erstmals nachgewiesen. Sie fanden heraus, wie sich OH-Ionen aus Sauer- und Wasserstoff mithilfe ihres Wasserstoff-Atoms an benachbarte Wassermoleküle hängen können.

Wassermoleküle gruppieren sich in der Regel zu dritt oder zu viert. Verantwortlich für dieses Verhalten ist in erster Linie die elektrische Anziehung. Denn obwohl ein Wassermolekül als Ganzes keine Ladung trägt, ist sein Sauerstoff-Atom negativer geladen als die beiden Wasserstoff-Atome. Das Molekül besitzt deshalb ausgeprägte elektrische Pole - und somit die Fähigkeit, andere Wassermoleküle anzuziehen. Wissenschaftler bezeichnen solche Verbindungen als Wasserstoffbrücken.

Doch Wassermoleküle neigen nicht nur zur Grüppchenbildung. Einige zerfallen in ein positiv geladenes Wasserstoff-Ion und eine negativ geladenes Molekül aus einem Wasserstoff- und einem Sauerstoff-Atom, das Hydroxid-Ion. Dieses Teilchen gibt Forschern seit Jahrzehnten Rätsel auf.

"Das Hydroxid-Ion bewegt sich etwa fünfmal so schnell durch das umgebende Wasser wie gelöste Salz-Ionen", sagt Manfred Faubel vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation. Eine Erklärung für dieses Phänomen gab es bisher nicht. Seit einigen Jahren jedoch vermuten Wissenschaftler, dass die Art, wie das Hydroxid-Ion Wasserstoffbrücken knüpft, entscheidend sein könnte.

Einer Theorie zufolge kann das Hydroxid-Ion eine Wasserstoffbrücke nur über sein Sauerstoff-Atom eingehen. Das nötige Wasserstoff-Atom liefert das Wassermolekül. Die Forscher um Emad F. Aziz vom BESSY haben jetzt mit ihrem Experiment den umgekehrten Mechanismus entdeckt: Das Hydroxid-Ion kann auch sein eigenes Wasserstoff-Atom für eine solche Bindung zur Verfügung stellen.

Auf diese Weise entsteht ein ganzer Verbund von Wassermolekülen, die sich um das Hydroxid-Ion gruppieren. Innerhalb dieser Struktur kann sich das Ion blitzschnell fortbewegen - ohne wirklich seinen Platz zu verlassen. Denn nicht die Atome selbst bewegen sich. Nur die Bindungen zwischen Wasserstoff und Sauerstoff verlagern sich so, dass das ursprüngliche Hydroxid-Ion zum Wassermolekül und ein Wassermolekül zum Hydroxid-Ion wird.

Um diese Struktur aufzuspüren, lenkten die Forscher in ihrem Experiment die intensiven Röntgenstrahlen, die im Elektronenspeicherring BESSY entstehen, auf einen dünnen Wasserstrahl. In einer Art Kettenreaktion, die nur den Billiardsten Teil einer Sekunde dauert, katapultieren die Röntgenstrahlen mehrere Elektronen aus den Molekülen heraus. Diese Elektronen waren der Schlüssel zum Erfolg: Denn ihre Energie verrät Details über das Molekül oder Ion, zudem sie zuvor gehörten, und ermöglicht den Forschern somit einen Blick tief in die atomare Struktur des Wassers.

"Entscheidend bei dem Versuchsaufbau war es, einen Wasserstrahl zu erzeugen, der etwa 20-mal so dünn war wie ein einzelnes Haar", erklärt Faubel. Denn nur so konnten die Forscher Elektronen untersuchen, die direkt an der Wasseroberfläche entstanden waren und somit nicht die Gelegenheit hatten, mit anderen Molekülen zu reagieren. Dies hätte die Messwerte verfälscht.

Das Verhalten des Hydroxid-Ions in Wasser ist für fast alle Anwendungen aus Chemie und Biochemie von entscheidender Bedeutung. Zusammen mit seinem Gegenspieler, dem positiv geladenen Wasserstoff-Ion, bestimmt es etwa den pH-Wert von Lösungen und ist somit selbst im Alltagsleben in Seifen, Säften und im sauren Regen allgegenwärtig.

Dr. Birgit Krummheuer | idw
Weitere Informationen:
http://www.ds.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Klein bestimmt über groß?
29.03.2017 | Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

nachricht Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet
29.03.2017 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten