Die verborgene Welt der Solvathüllen

Wissenschaftler*innen des Fritz-Haber-Instituts, der Sorbonne-Universität und der Universität Uppsala haben eine bahnbrechende Entdeckung gemacht, die unser Verständnis des Verhaltens von Ionen in Lösungen verbessern kann. Ihre Arbeit mit dem Titel „The solvation shell probed by resonant intermolecular Coulombic decay“ wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Die Geheimnisse der Solvathüllen enthüllen

Wenn sich Stoffe in einer Flüssigkeit lösen, bildet sich eine „Solvathülle“ – eine Schicht von Lösungsmittelmolekülen, die die gelösten Teilchen umgibt. Die Lösungsmittelmoleküle, die diese Solvathüllen bilden, können völlig andere Eigenschaften als die anderen, „freien“ Lösungsmittelmoleküle annehmen. Das Studium dieser Solvathüllen war jedoch aufgrund ihrer komplexen Natur und der Schwierigkeit, gezielt die Lösungsmittelmoleküle, die die Solvathüllen bilden, und nicht die vielen anderen Lösungsmittelmoleküle zu untersuchen, immer eine Herausforderung.

Ein neues Fenster zu den Solvathüllen

Das Forschungsteam hat eine neuartige Methode entwickelt, um diese schwer fassbaren Solvathüllen mit einem Prozess namens resonanter intermolekularer Coulomb-Zerfall (ICD) zu untersuchen. Ihre Methode besteht darin, die Moleküle mit Röntgenstrahlen zu erregen und zu beobachten, wie sie während des Zerfallsprozesses mit ihren Nachbarn interagieren. Auf diese Weise können die Wissenschaftler detaillierte Einblicke in die Eigenschaften der Solvathülle gewinnen.

Wichtige Erkenntnisse

1. Bildung von Ionenpaaren: Die Studie zeigte, dass ein spezifischer ICD-Prozess ein starker Indikator für die Bildung von Ionenpaaren ist. Ionenpaare sind Paare geladener Teilchen, die in vielen chemischen Reaktionen eine entscheidende Rolle spielen.

2. Elektronenbindungsenergien: Den Forschern gelang es, die Elektronenbindungsenergien von Wassermolekülen in der ersten Solvathülle zu messen. Dies ist ein bedeutender Erfolg, da diese Messungen zuvor nicht möglich waren.

Warum es wichtig ist

Das Verständnis von Solvathüllen ist für eine Vielzahl wissenschaftlicher Bereiche von entscheidender Bedeutung, darunter Chemie, Biologie, Materialwissenschaften, Atmosphärenwissenschaften und Elektrochemie. Diese neue Methode bietet Wissenschaftler*innen ein leistungsstarkes Werkzeug, um diese Hüllen im Detail zu untersuchen, was für diese breiten wissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Bereiche von Bedeutung ist.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Hendrik Bluhm bluhm@fhi.mpg.de

Originalpublikation:

https://www.nature.com/articles/s41467-024-51417-3#citeas

Weitere Informationen:

https://www.fhi.mpg.de/1602429/2024-09-02-Solvation-Shells