Wasser kann wie eine einfache Flüssigkeit aussehen; ist es jedoch alles andere als einfach zu analysieren

Interaktionen über Schwingungen

Trotz Wasser ist auf den ersten Blick aussehen wie eine einfache Flüssigkeit es viele ungewöhnliche Eigenschaften hat, ist einer von ihnen, dass sie weniger dicht ist, wenn es als gefroren ist, wenn es flüssig ist. Im einfachsten Weg Flüssigkeiten werden durch die Interaktion ihrer direkten Partner beschrieben, die für eine gute Beschreibung meist ausreichend sind, aber nicht im Falle von Wasser: Die Wechselwirkungen in Wasser Dimere für 75 Prozent der Energie, die Wasser zusammenhält. Martina Havenith, Leiter der Bochum-basierte Lehrstuhl für Physikalische Chemie II und Sprecher der Ruhr Explores Solvatation (Resolv) Exzellenzcluster und ihre Kollegen von der Emory University in Atlanta, USA, vor kurzem eine genaue Beschreibung der zu dem damit verbundenen Interaktionen veröffentlicht Wasser-Dimer. Um den Zugang zu den kooperativen Wechselwirkungen zu erhalten, die 25 Prozent der gesamten Wasser Wechselwirkung bildet, hatte das Wasser Trimer untersucht werden.

Nun wird das Team unter der Leitung von Martina Havenith in Zusammenarbeit mit Kollegen von der Emory University und der University of Mississipi, USA, wurde zum ersten Mal auf eine genaue Art und Weise die Wechselwirkungsenergie zwischen drei Wassermolekülen beschreiben kann. Sie testeten moderne theoretische Beschreibungen gegen das Ergebnis der spektroskopischen Fingerabdruck dieser intermolekularen Wechselwirkungen.

Hindernisse für die experimentelle Forschung

Seit mehr als 40 Jahren haben Wissenschaftler Computermodelle und Simulationen entwickelt, um die Energien im Wasser Trimer beteiligt zu beschreiben. Experimente waren weniger erfolgreich, trotz einiger Pionier Einblicke in Gasphasenstudien und sie verlassen sich auf Spektroskopie. Die Technik funktioniert durch eine Wasserprobe mit Strahlung bestrahlt wird und die Aufnahme, wie viel Licht absorbiert worden ist. Das erhaltene Muster wird auf die andere Art von Erregungen von intermolekularen Bewegungen im Zusammenhang mehr als eine Wassermolekül beteiligt ist. Leider diese spektroskopischen Fingerabdrücke für Wasser Dimere und Trimere zu erhalten, in der Region ein Bedarf an bestrahlen im Terahertz-Frequenz. Und Laserquellen, die mit hohen Leistung bieten haben fehlen für diesen Frequenzbereich.

Diese technische Lücke wurde erst vor kurzem gefüllt. In der aktuellen Veröffentlichung verwendeten die RUB-Forscher den freien Elektronen-Laser an den Radboud Universität in Nijmegen in den Niederlanden, die für hohe Leistungen im Terahertz-Frequenzbereich ermöglicht. Der Laser wurde durch winzige Tröpfchen des suprafluiden Heliums aufgebracht, die bei extrem niedrigen Temperaturen abgekühlt wird, bei minus 272,75 Grad Celsius. Diese Tröpfchen können Wassermoleküle einzeln sammeln, so dass zu kleine Aggregate von Dimere und Trimere zu isolieren. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler genau das Molekül sie wollten bestrahlen können und das erste umfassende Spektrum des Wasser Trimer im Terahertz-Frequenzbereich zu erwerben.

Die experimentellen Beobachtungen der intermolekularen Schwingungen und wurden im Vergleich zu Berechnungen mit hohen Quanten interpretiert. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler das Spektrum analysieren und zu sechs verschiedenen intermolekularen Schwingungen zuordnen auf.