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Chemie: "Klumpiges" Wasser

Die Eigenschaften von Wasser sind sehr ungewöhnlich. So hat der Stoff seine größte Dichte bei rund 4 Grad Celsius ("Dichteanomalie") sowie eine sehr hohe Schmelz- und Siedetemperatur, Wärmekapazität und Oberflächenspannung. Forscher um Johannes Hunger vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz sind nun auf eine weitere Besonderheit gestoßen. Sie untersuchten Vibrationsbewegungen der Wassermoleküle mit verschiedenen Spektroskopiemethoden. Dabei stellten sie fest, dass lokale Strukturen in flüssigem Wasser langlebiger sein können als bisher angenommen. Auf den Zeitskalen, in denen typische chemische Reaktionen ablaufen, sei Wasser deshalb "klumpig", was bislang zu wenig berücksichtigt worden sei.

Wassermoleküle bilden untereinander so genannte Wasserstoffbrücken aus und lagern sich deshalb zu Clustern zusammen. Diese Verbünde zerfallen aber praktisch sofort wieder, worauf ihre Moleküle sich zu neuen Clustern zusammenfügen und so weiter. Der Vorgang ist dermaßen schnell, dass man bisher annahm, er störe die Homogenität des Wassers nicht. Hunger und seine Kollegen fanden nun heraus, Wassercluster können mehr als eine Pikosekunde (billionstel Sekunde) lang bestehen – deutlich länger als bisher vermutet. Das wirkt sich, schreiben die Forscher, auf chemische Reaktionen aus, die in der Wasserphase ablaufen: Wegen der "Klumpigkeit" des Wassers im Bereich typischer Reaktionszeiten werde die Reaktionswärme langsamer abgeführt als bisher angenommen, was in entsprechenden Simulationen bislang nicht erfasst worden sei.

November 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft November 2015

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