Max-Planck-Institut für Polymerforschung - 18.09.2015
Das strukturelle Gedächtnis von Wasser bleibt auf einer Pikosekunden Zeitskala bestehen
Ultraschnelle Schwingungsspektroskopie zeigt auf, dass Wasser langlebige lokale Strukturen bildet.
Mainz/Amsterdam. Ein Team von Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und am FOM Institut AMOLF in den Niederlanden hat lokale Strukturen in Wasser untersucht. Die Forscher konnten zeigen, wie schnell Wassermoleküle ihre lokale Bindungskonfiguration ändern. Mit Hilfe neuartiger ultraschneller Schwingungsspektroskopie erhielten die Wissenschaftler neue Einblicke in die grundlegenden Eigenschaften von Wasser. Sie fanden auch heraus, wieso Wasser im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten derart einzigartig ist. Ihre Studie wurde jetzt in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.
Durch eine neuartige Kombination von ultraschnellen Laser-Experimenten
konnten die Forscher zeigen, dass lokale Strukturen in Wasser länger als
eine Pikosekunde fortbestehen, wobei eine Pikosekunde (ps) ein Billionstel
einer Sekunde (10-12 Sekunden) ist. Diese Beobachtung verändert die
generelle Wahrnehmung von Wasser als Lösungsmittel entscheidend. "Die
Erdoberfläche besteht aus 71 % Wasser. Ein Großteil der chemischen und
biologischen Reaktionen findet auf der Erde in Wasser oder an
Wassergrenzflächen in Meeren oder Wolken statt. Deswegen ist es extrem
wichtig, wie sich Wasser dort auf molekularer Ebene verhält. Unsere
Ergebnisse zeigen, dass Wasser auf molekularer Ebene sehr heterogen ist
und aus unterschiedlichen lokalen Strukturen besteht, welche
höchstwahrscheinlich sehr wichtig sind" sagt Mischa Bonn, Direktor am
MPI-P.
Wasser ist eine einzigartige Flüssigkeit und ist äußerst dynamisch. Wassermoleküle bewegen sich extrem schnell, was sie einzeln auf einer Pikosekunden Zeitskala ununterscheidbar macht. Die Existenz sehr kurzlebiger lokaler Strukturen war bekannt, damit sind zum Beispiel zwei benachbarte Wassermoleküle mit sehr kurzem oder sehr langem Abstand gemeint. Jedoch wurde allgemein angenommen, dass einzelne Wassermoleküle ihr Gedächtnis an diese Struktur in weniger als 0,1 ps verlieren.
Der Beweis für relativ langlebige lokale Strukturen gelang durch Untersuchung der Schwingung der Sauerstoff-Wasser Bindungen in Wasser. Dazu benutzten die Forscher ultraschnelle Infrarotspektroskopie und untersuchten vor allem Wassermoleküle, die sehr schwache (oder auch starke) Bindungen zu benachbarten Molekülen eingehen. Sie konnten beobachten, dass die Wassermoleküle mit schwachen Bindungen eine viel längere Schwingungslebensdauer aufweisen (bis zu ca. 1 ps) als diejenigen, die stark gebunden (bis zu ∼ 0,2 ps) sind. Anders ausgedrückt: die schwachen Bindungen von Wassermolekülen bleiben über einen bemerkenswert langen Zeitraum bestehen, d.h. sie behalten ihren großen Abstand zu benachbarten Molekülen.
Weitere Informationen unter:
http://www.mpip-mainz.mpg.de/strukturelle_Gedaechtnis_von_Wasser
- Pressemitteilung und Originalpublikation
http://www.mpip-mainz.mpg.de/88687/Dr_Johannes_Hunger
- Information über Dr. Hunger und seine Forschung
http://www.mpip-mainz.mpg.de/
- Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung unter:
http://idw-online.de/de/institution350
*
Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. - idw - Pressemitteilung
Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Natacha Bouvier, 18.09.2015
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de
veröffentlicht im Schattenblick zum 22. September 2015
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