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 Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise