Wann ist ein Regentropfen kein Regentropfen mehr?

News: Wann ist ein Regentropfen kein Regentropfen mehr?

Was eine Flüssigkeit ist, weiß jeder, und einzelne Moleküle, die sich relativ frei bewegen können, sind jedem als Gas bekannt. Aber wann findet der Übergang von einer Form zur anderen statt? Nun haben Wissenschaftler in Experimenten mit wenigen Teilchen, die in kleine Hohlräume eingeschlossen waren, gezeigt: Vier Nachbarmoleküle lassen dem zentralen Partikel noch seine Gaseigenschaften, fünf dagegen machen es zum Flüssigkeitsteilchen.

Andreas Huwe und seine Kollegen von der Universität Leipzig haben sich gefragt: Wie klein kann ein Regentropfen sein, bevor er aufhört, ein Regentropfen zu sein? Ein einzelnes Wassermolekül ist weder eine Flüssigkeit, noch Eis oder Dampf. Doch wie viele Moleküle müssen zusammenkommen, damit die Gruppe erkennbar "flüssig" ist?

Um diese Frage zu beantworten, benutzten die Forscher Kristalle voller Höhlen, in denen Flüssigkeitstropfen entstehen, die nur einige wenige Moleküle enthalten können. In diese sogenannten Zeolithe gaben sie die Flüssigkeit Ethylenglykol, einen Hauptbestandteil von Frostschutzmitteln. Bei einem Zeolith paßten gerade vier Moleküle um das zentrale Teilchen herum, bei einer anderen Sorte waren es fünf.

Huwe und seine Kollegen überprüften dann den Grad der Flüssigkeit der Moleküle, indem sie deren Reaktion auf langwellige elektromagnetische Strahlung registrierten. Aus der Relaxationszeit der Moleküle nach der Anregung ließen sich deren Eigenschaften ablesen.

Wie die Wissenschaftler herausfanden, reichen fünf Nachbarn aus, um ein Molekül davon zu überzeugen, daß es zu einer Flüssigkeit gehört. Bei vier Molekülen indes wird dem Molekül abrupt die Tatsache klar, daß die Dinge ganz anders liegen (Physical Review Letters vom 15. März 1999, Abstract). Wenn das auch für Wasser gilt, dann bilden sechs Moleküle – und kein einziges weniger – einen Regentropfen.

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