Sporing af en løsningsproces trin for trin

Kemikere fra Ruhr-Universität Bochum har sporet med hidtil uset rumlig opløsning, hvordan individuelle vandmolekyler binder sig til et organisk molekyle. De brugte lavtemperatur-scanningstunnelmikroskopi til at visualisere processerne i en skala mindre end et nanometer. Dette gjorde det muligt for dem at undersøge fænomenerne hydrofilicitet og hydrofobicitet på molekylært niveau, dvs. hvorfor visse dele af organiske molekyler tiltrækker eller frastøder vand.

"Resultaterne er et vigtigt skridt på vejen til at forstå solvationsprocesser, det er, hvordan stoffer opløses i vand "forklarer Karsten Lucht fra Bochum -formanden for fysisk kemi I. Han rapporterer resultaterne med teamet ledet af prof. Dr. Karina Morgenstern og kolleger fra formanden for organisk kemi II i tidsskriftet Angewandte Chemie . Forskerne samarbejder i excellence-klyngen Ruhr Explores Solvation, eller Resolv for kort.

Formålet med klyngen er at forstå, hvordan opløsningsmidler påvirker reaktionerne i opløsning og brugen af ​​opløsningsmidler til at kontrollere reaktioner.

Sporing af vandophobning trin for trin

Som et organisk molekyle, forskerne brugte et azofarvestof, der består af to kulstofringe med vedhæftede funktionelle grupper, der er polære, altså let positivt eller negativt ladet. De deponerede molekylerne på en enkelt guldkrystal og afkølede systemet til seks Kelvin. Derefter tilføjede de individuelle vandmolekyler trin for trin og observerede, hvor disse fæstnede sig til farvestoffet.

De første vandmolekyler foretrak at knytte sig til de polære funktionelle grupper. Da forskerne øgede mængden af ​​vand, de nyligt tilføjede molekyler knyttet sig til de vandmolekyler, der allerede var bundet. "Vores eksperimenter viser, at hydrofilicitet og hydrofobicitet kan spores tilbage til molekylært niveau, "siger Karina Morgenstern. Vandmolekylerne undgik ikke-polare områder af molekylet, polarområder blev foretrukket.

Tre komplementære procedurer

De processer, der blev observeret her med scanningstunnelmikroskopi, undersøges normalt spektroskopisk eller med molekylære dynamiske simuleringer. Imidlertid, den første metode giver ikke rumlige oplysninger, og sidstnævnte er baseret på antagelser på grund af systemets størrelse. "Enhver metode har sin værdi, " forklarer Karsten Lucht. "De tre tilgange supplerer hinanden."