Leipziger Forscher entschlüsseln Rätsel der Sorptionshysterese

Das physikalische Phänomen der Sorptionshysterese ist seit mehr als 100 Jahren bekannt:

Poröse Oberflächen nehmen Moleküle auf und geben sie auch wieder ab, wobei die Gesamtmenge der Moleküle im Porensystem während der Aufnahme und Abgabe unterschiedlich ist, obwohl die äußeren Bedingungen wie Druck und Temperatur völlig gleich sind. Die Wissenschaftler Jörg Kärger, Rustem Valiullin, Sergej Naumov und Petrik Galvosas von der Abteilung Grenzflächenphysik der Fakultät für Physik und Geowissenschaften der Universität Leipzig haben sich dieses Phänomens angenommen und sind zu überraschenden Ergebnissen gekommen, wie die renommierte Fachzeitschrift „Nature“ kürzlich berichtete.

Bislang war die Wissenschaft nach Angaben von Professor Kärger davon ausgegangen, dass die Geschwindigkeit, in der sich ein Gleichgewicht der Moleküle bei Adsorption und Desorption einstellt, durch eine Verlangsamung der molekularen Beweglichkeiten hervorgerufen wird.

Die Leipziger Forscher stellten nun fest, dass das Tempo der Gleichgewichtseinstellung eine Folge der Umverteilung der Moleküle und der Entspannungsprozesse im Porensystem ist, die damit verbunden sind.

Möglich war die Entschlüsselung dieses Rätsels geworden, weil sich die Wissenschaftlergruppe eines neuen Experimentalansatzes bediente: Sie ging dem dynamischen Prozess der Sorptionshysterese mittels verschiedener Verfahren der Kernmagnetischen Resonanz auf den Grund.

Poröse Systeme kommen unter anderem in der Industrie zum Einsatz, wenn etwa bestimmte Stoffe voneinander getrennt werden sollen. Auch bei der Umwandlung von Stoffen werden poröse Oberflächen eingesetzt. Die Untersuchungen dazu, wie sich flüssige oder gasförmige Moleküle in solchen Porensystemen verhalten, sind von außerordentlicher Bedeutung für die Praxis: Ein technologischer Prozess kann nämlich nicht schneller verlaufen als es die Geschwindigkeit zulässt, mit der die beteiligten Moleküle in das Porensystem eintreten und es wieder verlassen. Eine schnelle Umwandlung des Moleküls im Porensystem nutzt nämlich gar nichts, wenn dieses dann sehr lange braucht, um aus dem Porensystem wieder auszutreten.

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Prof. Dr. Jörg Kärger
Telefon: 0341 97-32502
E-Mail: kaerger@physik.uni-leipzig.de