Chemie Lösungsprozess Schritt für Schritt verfolgt
Zahlreiche chemische und industrielle Prozesse finden in Lösung statt. Aber die genauen Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff sind bislang nicht verstanden.
Wie sich einzelne Wassermoleküle an ein organisches Molekül anlagern, haben Chemikerinnen und Chemiker der RUB mit bislang nicht erreichter räumlicher Auflösung verfolgt. Sie nutzten ein Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop, um die Vorgänge auf einer Größenskala von kleiner einem Nanometer sichtbar zu machen. So konnten sie auf der molekularen Ebene die Eigenschaften der Hydrophilie und Hydrophobie nachvollziehen, also dass bestimmte Substanzen oder Molekülgruppen wasserliebend oder wassermeidend sind.
Wo sich Wassermoleküle anlagern
Als organisches Molekül nutzten die Forscher einen Farbstoff mit unpolaren und polaren, also leicht negativ oder leicht positiv geladenen Bereichen. Dann gaben sie Schritt für Schritt einzelne Wassermoleküle hinzu und beobachteten, wo sich diese an den Farbstoffmolekülen anlagerten.
Das geschah zunächst bevorzugt an den polaren Molekülgruppen. Steigerten die Wissenschaftler den Wasseranteil, so lagerten sich die neu hinzukommenden Moleküle an den bereits gebundenen Wassermolekülen an.
Verstehen, wie sich Stoffe in Wasser lösen
„Die Ergebnisse sind ein weiteres Puzzlestück auf dem Weg zu einem Verständnis von Solvatationsprozessen, also wie sich Stoffe in Wasser lösen“, sagt Karsten Lucht, der im Team vom Prof. Dr. Karina Morgenstern am Lehrstuhl für Physikalische Chemie I forscht. Sie kooperierten im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv mit dem RUB-Lehrstuhl für Organische Chemie II und berichteten die Ergebnisse in der renommierten Zeitschrift „Angewandte Chemie.“
