Göttinger Chemiker untersuchen kleinstmögliche Alkohol-Wasser-Cluster

Der kleinstmögliche Alkohol-Wasser-Cluster besteht aus einem Ethanol- und zwei Wassermolekülen und hat gerade einmal einen Durchmesser von einem halben Nanometer. Er entspricht einem „Mini-Schnaps“ mit einem Alkoholgehalt von 64 Volumenprozent.

Göttinger Chemikern ist es gelungen, diesen Cluster spektroskopisch nachzuweisen. Dazu wurde ein speziell entwickeltes Ramanspektrometer eingesetzt. Die Untersuchungen wurden am Institut für Physikalische Chemie der Georg-August-Universität in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Martin Suhm durchgeführt.

Um den Cluster zu erzeugen, haben die Chemiker eine Mischung aus Alkohol- und Wasserdampf in einem Edelgas in ein Vakuum eingeleitet. Dabei kühlen sich die Wasser- und Ethanolmoleküle auf Weltraumbedingungen ab und lagern sich zu einem Ring aneinander, der über Wasserstoffbrücken zusammengehalten wird. Für den Nachweis der Aggregate setzten die Göttinger Forscher auf den Effekt der spontanen Ramanstreuung: „Wir haben die Moleküle mit einem der stärksten grünen Dauerstrichlaser bestrahlt. Einige wenige von ihnen nahmen das grüne Licht auf, fingen an zu schwingen und sendeten dafür rotes Licht einer ganz bestimmten Frequenz aus“, erläutert Prof. Suhm. Anhand seiner spezifischen Schwingungsfrequenz konnten die Wissenschaftler den „Mini-Schnaps“ identifizieren. Zudem wiesen sie bei ihm auf molekularer Ebene eine Eigenschaft nach, die im Großen schon aus dem Alltag bekannt ist: Wird flüssiges Wasser mit reinem Alkohol im Verhältnis 2:1 gemischt, kommt es zur Freisetzung von Wärme.

Das Projekt war Teil der Abschlussarbeit von Marija Nedic im Rahmen ihres Lehramtsstudiums; sie wurde dabei von den Doktoranden Tobias Wassermann und Zhifeng Xue betreut. Das spezielle Ramanspektrometer hat Dr. Philipp Zielke im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt; es wurde in den Werkstätten der Physikalischen Chemie gebaut. Die Untersuchungen konnten mit Fördergeldern der Deutschen Forschungsgemeinschaft realisiert werden. Die Forschungsergebnisse sind in der Zeitschrift „Physical Chemistry Chemical Physics“ veröffentlicht.

Originalveröffentlichung:
Marija Nedic, Tobias N. Wassermann, Zhifeng Xue, Philipp Zielke, and Martin A. Suhm, Raman spectroscopic evidence for the most stable water/ethanol dimer and for the negative mixing energy in cold water/ethanol trimers, Physical Chemistry Chemical Physics, 2008, 10, 5953
Kontaktadresse:
Prof. Dr. Martin Suhm, Georg-August-Universität Göttingen, Fakultät für Chemie
Institut für Physikalische Chemie, Telefon (0551) 39-3112, e-mail: msuhm@gwdg.de