Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ionen im „fliegenden Labor“

25.06.2009
Innsbrucker Forscher bestimmen die Größe von gelösten Ionen

Die Wissenschaft muss sich viel einfallen lassen, um den Aufbau von Materie exakt untersuchen zu können. Innsbrucker Ionenphysiker um Prof. Paul Scheier haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Teilchen in flüssige Heliumtröpfchen einpacken und quasi im Flug untersuchen können. Das gibt den Forschern erstmals die Möglichkeit, die Größe von gelösten Ionen aus der Gruppe der Halogene elegant zu bestimmen.

Ein idealtypisches Labor für Untersuchungen von Materie haben die Wissenschaftler um Prof. Paul Scheier vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck entwickelt. „Wir sehen die Ionen und Moleküle so wie sich die Theoretiker das wünschen“, sagt Scheier. Dazu lässt er Helium bei sehr tiefer Temperatur und hohem Druck durch eine kleine Öffnung in ein Vakuum entweichen. Dabei kühlt sich das Gas sehr stark ab und kondensiert zu wenige Nanometer großen Tröpfchen mit einer Temperatur von 0,38 Kelvin. „Das Helium wird dabei supraflüssig“, erklärt Paul Scheier, „es bewegt sich reibungsfrei, die Atome sind im Grundzustand und es gibt keine störenden Schwingungen.“ Diese Tröpfchen bilden sozusagen den Labortisch, auf dem die Innsbrucker Physiker nun Teilchen aller Art analysieren können. Diese werden in die Heliumtröpfchen eingebracht und kühlen dabei ebenfalls stark ab. Nach der Ionisierung mit einem Elektronenstrahl werden die Teilchen vom Helium befreit und treffen am Ende ihrer Flugbahn auf ein Massenspektrometer, mit dem die Eigenschaften untersucht werden können.

Indirekter Hinweis auf die Größe der Ionen

Dieses Verfahren haben die Forscher nun in Kooperation mit dem US-Physiker Prof. Olof Echt von der Universität New Hampshire dazu verwendet, um auf elegante Weise die Größe von in Helium gelösten Ionen aus der Gruppe der Halogene zu bestimmen. Halogene, wie Fluor, Chlor, Brom und Iod, sind sehr reaktionsfreudig und reagieren mit Metallen zu Salzen. „Wenn die ionisierten Teilchen ihren Flug im Massenspektrometer beenden, haftet noch ein Rest von Heliumatomen an ihnen“, erklärt Prof. Scheier. „In unseren Messdaten sehen wir, dass die Ausbeute an Ionen ab dort stark abnimmt, wo die erste Schicht von Heliumatomen um das Ion geschlossen wird. Beim Iod-Kation, dem positiv geladenen Atom, legen sich dabei zum Beispiel insgesamt 15 oder 16 Heliumatome um das Ion.“ Dieser sogenannte „Schalenabschluss“ gibt den Physikern einen indirekten Hinweis auf die Größe des Ions. Denn aus der Anzahl der gefundenen Heliumatome und der Dichte kann der Durchmesser dieser Schale und damit jener des Ions berechnet werden.

Weltweit einzigartig

Im Gegensatz zu Gitterstrukturen, in denen die Ionen stark wechselwirken, sind die Ionen im gelösten Zustand nur von neutralen Atomen, dem Helium, umgeben. Und tatsächlich zeigen die Innsbrucker Messungen, dass die Halogen-Anionen im Experiment fast doppelt so groß sind wie in Kristallstrukturen. Die Anionen, negativ geladene Atome, sind auch um etwa 70 Prozent größer als Kationen einer bestimmten Atomsorte. Als einzige Wissenschaftler weltweit können die Innsbrucker Physiker diese Untersuchung sowohl für positiv als auch für negativ geladene Teilchen durchführen. Gab es bisher nur Messungen zu Alkalimetallen und dem Edelgas Argon, wurde das Spektrum der untersuchten Ionen durch diese Innsbrucker Arbeit, die in der Fachzeitschrift „Chemistry - A European Journal“ veröffentlicht wurde, wesentlich erweitert. Unterstützt wurden die Forscher vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF), der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Europäischen Kommission.

Publikation:

On the size of ions solvated in helium clusters. Ferreira da Silva F, Waldburger P, Jaksch S, Mauracher A, Denifl S, Märk TD, Scheier P. Chemistry - A European Journal 2009.

http://dx.doi.org/10.1002/chem.200802554


Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik
Technikerstrasse 25, A-6020 Innsbruck
Telefon: +43(0)512/507 6243
Mail: paul.scheier@uibk.ac.at
Web: http://www.uibk.ac.at/ionen-angewandte-physik
Mag.a Gabriele Rampl
Public Relations Ionenphysik
Telefon: +43(0)650/2763351
Mail: office@scinews.at
Web: http://www.scinews.at

Gabriele Rampl | scinews.at
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at/ionen-angewandte-physik
http://www.uibk.ac.at/ionen-angewandte-physik/media/photos.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

nachricht Innovative High Power LED Light Engine für den UV Bereich
22.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

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: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie