Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was Wassertropfen im Innersten zusammenhält

22.10.2015

Extrem detailreiche Einblicke in die Bindungseigenschaften von Wasser haben französische und österreichische Physiker gewonnen. Mit einer neu entwickelten Messmethode konnten sie die Energieverteilung in Nanotröpfchen direkt beobachten. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie, International Edition veröffentlicht.

Wasser bedeckt über zwei Drittel unserer Erde und bildet den Grundstoff für das Leben. Es ist allgegenwärtig und birgt doch immer noch viele Geheimnisse. Eine französische Forschungsgruppe um Michel Farizon von der Universität Lyon hat nun mit Unterstützung von Tilmann Märk von der Universität Innsbruck bahnbrechende, neue Erkenntnisse über die Bindungseigenschaften von Wasser veröffentlicht.

Grundlage dafür war eine neue experimentelle Anordnung, die es den Forschern ermöglichte, Verdampfungsvorgänge in winzigen Wassertröpfchen einzeln und im Detail zu beobachten. „Was hier in der Molekülchemie gemacht wurde, ist vergleichbar mit dem, was in den Teilchenbeschleunigern am CERN passiert “, sagt der Ionenphysiker Tilmann Märk.

„Im Labor werden ioniserte Kleinstwassertröpfchen von genau definierter Größe erzeugt, auf hohe Energie beschleunigt und mit anderen Teilchen zur Kollision gebracht. Dabei wird Energie auf die Wassermoleküle übertragen, und dies führt letztlich zu einem Zerfall dieser Tröpfchen.“ Die Gruppe um Michel Farizon war nun mittels eines neuartigen Massenspektrometers in der Lage, die einzelnen Ereignisse genau zu beobachten und zu analysieren.

„Das ist einzigartig in der Molekülphysik“, ist Märk begeistert. „Meine Kollegen in Lyon sehen ganz genau, in welche Bruchstücke die Wassertröpfchen jeweils zerfallen und welche Geschwindigkeiten die entstandenen Bruchstücke dabei haben. Daraus lässt sich wiederum ermitteln, wie die Energie vor dem Zerfall in den Tröpfchen verteilt war.“

Wichtige Einblicke

Die Messergebnisse zeigen, dass auch in sehr kleinen Wassertröpfchen aus zwei bis acht Molekülen die bei Kollisionen aufgenommene Energie sehr rasch über alle Teilchen verteilt wird. Diese für makroskopische Wassertropfen typische Maxwell-Boltzmann-Verteilung ist also selbst in Nanotröpfchen zu beobachten. Die Wissenschaftler um Michel Farizon fanden aber außerdem einen nicht-statistischen Anteil, der in diesem Experiment erstmals nachgewiesen und gemessen werden konnte.

Den Ursprung dieser sogenannten nicht-ergodischen Ereignisse konnten die Forscher mit Hilfe von quantenmechanischen Berechnungen erklären. „Diese Messungen liefern uns einen tiefen Einblick in die Eigenschaften von Wasserstoffbrückenbindungen, die die Wassertröpfchen im Innersten zusammenhalten bzw. für den Energietransfer innerhalb der Tröpfchen verantwortlich sind“, resümiert Tilmann Märk zufrieden.

Die in der renommierten Fachzeitschrift Angewandte Chemie, International Edition veröffentlichten Erkenntnisse sind unter anderem für die Atmosphärenchemie, die Astrochemie und die Biologie, wo solche Prozesse eine wichtige Rolle spielen können, von großem Interesse. Die Zeitschrift hat die Arbeit deshalb auch zum „Hot Topic“ erklärt und ihr die Titelseite einer der nächsten Ausgaben gewidmet.

Gute Beziehungen zu Frankreich

Tilmann Märk hat als erfolgreicher Ionenphysiker über 800 wissenschaftliche Arbeiten in internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht und wurde bereits mit zwei Ehrendoktoraten (Bratislava, Lyon) ausgezeichnet. Seit 2011 ist er Rektor der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck und hat sich weitgehend aus dem Forschungsbetrieb zurückgezogen.

Im Rahmen von kurzen, aber regelmäßigen Forschungsaufenthalten an der Universität Lyon versucht er dennoch die langjährige Partnerschaft mit französischen KollegInnen zu pflegen. Die gute Zusammenarbeit mit akademischen Einrichtungen in Frankreich wird aber nicht nur vom Rektor persönlich gepflegt, sondern über den Frankreich-Schwerpunkt der Universität Innsbruck auch aktiv gefördert, was sich in zahlreichen Projekten und einem gemeinsamen Masterstudium manifestiert.

Publikation: Velocity of a Molecule Evaporated from a Water Nanodroplet: Maxwell--Boltzmann Statistics versus Non-Ergodic Events. Hassan Abdoul-Carime, Francis Berthias, Linda Feketeová, Mathieu Marciante, Florent Calvo, Valérian Forquet, Henry Chermette, Bernadette Farizon, Michel Farizon, and Tilmann D. Märk. Angewandte Chemie, International Edition 2015 doi:10.1002/anie.201505890

Cover-Bilder: http://dx.doi.org/10.1002/anie.201509527

Rückfragehinweis:
Dr. Christian Flatz
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 32022
E-Mail: christian.flatz@uibk.ac.at

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201505890 - Velocity of a Molecule Evaporated from a Water Nanodroplet: Maxwell--Boltzmann Statistics versus Non-Ergodic Events. Hassan Abdoul-Carime et.al. Angewandte Chemie, International Edition 2015
http://www.ipnl.in2p3.fr/?lang=en - Institut de Physique Nucleaire de Lyon

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie das Rasterzellen-System des Gehirns gedankliche Räume kartiert
12.10.2018 | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

nachricht Hirnwellen ermöglichen Einblicke ins Navigationssystem des Gehirns
12.10.2018 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Materiezustände durch Licht verändern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg stören die kristalline Ordnung

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller...

Im Focus: Disrupting crystalline order to restore superfluidity

When we put water in a freezer, water molecules crystallize and form ice. This change from one phase of matter to another is called a phase transition. While this transition, and countless others that occur in nature, typically takes place at the same fixed conditions, such as the freezing point, one can ask how it can be influenced in a controlled way.

We are all familiar with such control of the freezing transition, as it is an essential ingredient in the art of making a sorbet or a slushy. To make a cold...

Im Focus: Neuartiger topologischer Isolator

Erstmals haben Physiker einen topologischen Isolator gebaut, in dem nicht Elektronen oder Licht fließen, sondern Teilchen aus Licht und Materie. Ihre Neuerung präsentieren sie in „Nature“.

Topologische Isolatoren sind Materialien mit sehr speziellen Eigenschaften. Sie leiten elektrischen Strom oder Lichtteilchen nur an ihrer Oberfläche oder an...

Im Focus: Vorhang auf für das erste Teleskop des CTA-Observatoriums

Am 10. Oktober 2018 wurde das LST-1 (Large-Sized-Teleskop) auf der Kanareninsel La Palma eingeweiht. Es ist das erste von insgesamt über 100 geplanten Teleskopen im Cherenkov Telescope Array (CTA). Die Instrumente sollen Objekte und Ereignisse ins Visier nehmen, die Teilchen höchster Energie ins All schleudern und dabei Gammastrahlen aussenden. Dazu zählen zum Beispiel Supernova-Überreste, Doppelsternsysteme oder Pulsare.

Als Prototyp bildet das LST-1 die Vorhut für drei weitere Teleskope gleicher Bauart am selben Standort; darüber hinaus sind dort 15 mittelgroße Teleskope...

Im Focus: Mikro-Energiesammler für das Internet der Dinge

Fraunhofer-IWS Dresden druckt mit Polymer-Tinte elektronische Schichten

Dünne organische Schichten können Maschinen und Geräten neue Funktionen verleihen. Zum Beispiel ermöglichen sie winzig kleine Energierückgewinner. Die sollen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

PV Days in Halle zeigen neue Chancen für die Photovoltaik

11.10.2018 | Veranstaltungen

Methan als umweltfreundlicher Kraftstoff für LKW, Busse und andere Nutzfahrzeuge

10.10.2018 | Veranstaltungen

Schlaf ist Medizin: Neue Erkenntnisse aus der Schlafforschung

08.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Jahrestreffen des Weltwirtschaftsforums in China: Phoenix Contact als Leuchtturm für die Zukunft der Produktion vorgestellt

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

thyssenkrupp Steel baut IT-Infrastruktur mit Rittal Edge-Rechenzentren aus

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact verstärkt sich im Bereich der Verbindungstechnik

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics