News: Prekäre Dimere
In der Theorie gibt es sie schon lange: Die so gennanten Wasserdimere. Das sind lockere Verbindungen zweier Wassermoleküle, die in der Atmosphäre vermutlich zum Treibhauseffekt beitragen. Erst jetzt ist klar: Die Dimere sind Realität.
© (Ausschnitt)
Die so genannten Dimere des Wassers klingen zunächst einmal alles andere als spektakulär, dabei sind sie es, die Anteil an den überaus merkwürdigen Eigenschaften des Wassers haben. Weil die beiden Wasserstoffatome im Wassermolekül nicht spiegelbildlich, also exakt beidseitig, an das Sauerstoffatom binden, sieht das Wassermolekül aus wie eine stilisierte Mickymaus – mit dem Sauerstoffatom als Kopf und den Wasserstoffatomen als Ohren.
Kurzum: In einem solchen winkelig gebauten Molekül sind die Ladungen nicht gleichmäßig verteilt – in diesem Fall ist der Kopf negativ geladen, die Ohren hingegen positiv. Wassermoleküle sind somit Dipole, was zur Folge hat, dass sich die Wassermoleküle untereinander anziehen und Cluster bilden, die ihrerseits wichtige Eigenschaften des Wassers, etwa den Gefrierpunkt oder das Maß der Oberflächenspannung, bestimmen. Zudem haben solche Cluster große Oberflächen und wirken deshalb als Katalysatoren: Sie beschleunigen damit eine Vielzahl chemischer Reaktionen.
So steht das einfachste dieser Cluster, das aus zwei Wassermolekülen bestehende Dimer H2O-H2O, seit langem im Verdacht, die Bildung von Schwefelsäure in der Atmosphäre zu fördern. Zudem könnte das Wasserdimer – theoretisch jedenfalls – dem Treibhauseffekt Vorschub leisten, indem es etwa die Strahlung der Sonne absorbiert oder als Kondensationskern die Wolkenbildung begünstigt.
Doch wie gesagt, bevor das durch und durch natürliche Wasserdimer für all dies verantwortlich gemacht werden kann, müsste es erstmal nachgewiesen sein. Dies war bisher nie gelungen, weil sich das Dimer in seinen spektralen Eigenschaften vom Monomer, dem einfachen Wassermolekül also, kaum unterscheiden lässt.
Doch jetzt ist der Nachweis endlich erbracht – und zwar von einem Team um Klaus Pfeilsticker von der Universität Heidelberg. Die Forscher hatten im Mai 2002 von Dagebüll aus einen über 18 Kilometer langen Lichtstrahl zur Insel Langeness in Schleswig-Holstein gerichtet und im Spektrum die lang gesuchte Signatur des H2O-Dimers entdeckt – und zwar genau dort im nahen Infrarotbereich, wo ihn die theoretischen Modelle bereits vermuten ließen.
Die Forscher gehen davon aus, dass ungefähr ein halbes Prozent aller Wassermoleküle in der Atmosphäre zusammen mit einem anderen ein dimeres Paar bilden – und das angesichts globaler Erwärmung mit steigender Tendenz und ungewissen Konsequenzen.
Kurzum: In einem solchen winkelig gebauten Molekül sind die Ladungen nicht gleichmäßig verteilt – in diesem Fall ist der Kopf negativ geladen, die Ohren hingegen positiv. Wassermoleküle sind somit Dipole, was zur Folge hat, dass sich die Wassermoleküle untereinander anziehen und Cluster bilden, die ihrerseits wichtige Eigenschaften des Wassers, etwa den Gefrierpunkt oder das Maß der Oberflächenspannung, bestimmen. Zudem haben solche Cluster große Oberflächen und wirken deshalb als Katalysatoren: Sie beschleunigen damit eine Vielzahl chemischer Reaktionen.
So steht das einfachste dieser Cluster, das aus zwei Wassermolekülen bestehende Dimer H2O-H2O, seit langem im Verdacht, die Bildung von Schwefelsäure in der Atmosphäre zu fördern. Zudem könnte das Wasserdimer – theoretisch jedenfalls – dem Treibhauseffekt Vorschub leisten, indem es etwa die Strahlung der Sonne absorbiert oder als Kondensationskern die Wolkenbildung begünstigt.
Doch wie gesagt, bevor das durch und durch natürliche Wasserdimer für all dies verantwortlich gemacht werden kann, müsste es erstmal nachgewiesen sein. Dies war bisher nie gelungen, weil sich das Dimer in seinen spektralen Eigenschaften vom Monomer, dem einfachen Wassermolekül also, kaum unterscheiden lässt.
Doch jetzt ist der Nachweis endlich erbracht – und zwar von einem Team um Klaus Pfeilsticker von der Universität Heidelberg. Die Forscher hatten im Mai 2002 von Dagebüll aus einen über 18 Kilometer langen Lichtstrahl zur Insel Langeness in Schleswig-Holstein gerichtet und im Spektrum die lang gesuchte Signatur des H2O-Dimers entdeckt – und zwar genau dort im nahen Infrarotbereich, wo ihn die theoretischen Modelle bereits vermuten ließen.
Die Forscher gehen davon aus, dass ungefähr ein halbes Prozent aller Wassermoleküle in der Atmosphäre zusammen mit einem anderen ein dimeres Paar bilden – und das angesichts globaler Erwärmung mit steigender Tendenz und ungewissen Konsequenzen.
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