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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Überraschende Molekülketten von Wasser |
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| | | Üblicherweise bewegen sich Moleküle in Wasser eher chaotisch. Die H2O-Moleküle können sich in Nanoröhren aber laut Computersimulation auch zu sehr regelmäßigen und langen Ketten zusammenschließen. |
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In einem vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Projekt berechneten Christoph Dellago und Jürgen Köfinger von der Fakultät für Physik der Universität Wien und Gerhard Hummer vom National Institutes of Health (NIH) die Bildung solcher Wasserketten.
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Die entsprechende Studie "Macroscopically ordered water in nanopores" ist am 2.9. online in der Fachzeitschrift "PNAS" (doi: 10.1073/pnas.0801448105 ) erschienen. |
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 Abstract der Studie |
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Bis zu einer Million Moleküle lang |
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Die Wissenschaftler waren von der Länge überrascht, welche die Ketten annehmen können: 0,1 Millimeter. Das ist im täglichen Leben nicht viel, im atomaren Bereich aber eine gewaltige Dimension.
Wenn man bedenkt, dass ein Wassermolekül nur rund 0,3 Nanometer (millionster Teil eines Millimeters) groß ist, so hängen in diesen Wasserketten bis zu einer Million Moleküle aneinander. Sie sind dabei völlig geordnet und nicht unterbrochen, erklärte Dellago.
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Sehr gute Leiteigenschaften |
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Die Ergebnisse der Computersimulationen haben nicht zuletzt Konsequenzen auch für die biologische Forschung. Denn Nanoröhren treten in biologischen Systemen häufig auf, etwa in Form von Poren in Membranen.
"Die Molekülketten sind sehr gute Leiter für Protonen", so Dellago. Damit beeinflussen sie auch den Wasserhaushalt und elektrische Potenziale von Zellen.
Zusammengehalten werden die Ketten über sogenannte Wasserstoffbrücken. Diese treten auch in frei fließendem, flüssigen Wasser auf, allerdings nur als kurze und instabile Brücken. Ansonsten wirbeln die Moleküle einzeln umher und stoßen auch aneinander.
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Niemals unendlich lang |
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Obwohl die Wassermoleküle überraschend lange geordnete Ketten bilden, steht es fest, dass diese nie unendlich lang sein können.
"Irgendwann gewinnt das Chaos", sagt Dellago: "Wenn die Kette etwa nur zehn Moleküle lang ist, gibt es auch nur zehn Stellen, an denen ein Defekt auftreten kann. Besteht sie aber aus mehreren Millionen Molekülen, existieren dementsprechend viele Möglichkeiten für Defektbildung."
Auch hier gibt das Modell nähere Aufschlüsse, da es nicht nur die Defekte in der Kette aufzeigt, sondern auch die Häufigkeit und Lebensdauer dieser Defekte liefert.
[science.ORF.at/APA, 3.9.08]
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01.01.2010 |
