Springen naar inhoud

- - - - -

Watermoleculen als efficiŽnte infraroodantennes


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Wien Ee

    Wien Ee


  • >1k berichten
  • 3133 berichten
  • VIP

Geplaatst op 09 oktober 2011 - 09:13

Watermoleculen aan het oppervlak van een watermassa wisselen supersnel energie met elkaar uit. Dit is waargenomen door onderzoekers met een nieuwe, door hen ontwikkelde, spectroscopische techniek. Hiermee konden ze de overdracht van vibratie-energie tussen watermoleculen aan het oppervlak real-time op de zeer korte tijdschaal van femtosecondes (10-15 s) volgen. Dit resultaat is belangrijk voor een beter begrip van fysische en chemische processen op wateroppervlakken, zoals celmembranen, atmosferische waterdruppels en oppervlakken in elektrochemische cellen.

Geplaatste afbeelding
Oppervlaktewater als antenne voor vibratie-energie
Zodra een watermolecuul aan het oppervlak door een laserpuls (rood) of op andere wijze geŽxciteerd wordt, wordt de energie extreem snel overgedragen. In eerste instantie binnen het molecuul, daarna naar dieper gelegen moleculen. Deze processen vinden plaats op een tijdschaal van enkele honderden femtoseconden.



Wateroppervlakken
Water is een unieke vloeistof, die wordt gekenmerkt door de sterke wisselwerking tussen de moleculen Ė door zogenaamde waterstofbruggen. Eťn van de bijzondere eigenschappen van water is dat watermoleculen energie in de vorm van trillingen heel snel kunnen uitwisselen. Deze energie-uitwisseling is zeer relevant voor chemische processen in water. Er is echter niets bekend over energie-uitwisseling van watermoleculen aan oppervlakken, waar processen plaatsvinden die essentieel zijn voor membraanbiologie, elektrochemie en atmosferische chemie.

Nieuwe techniek
Met een nieuwe tweedimensionale spectroscopische techniek is het de onderzoekers gelukt om de energie-uitwisseling aan het wateroppervlak te meten. Ze gaven met een ultrakorte infraroodpuls van 100 femtoseconden energie aan watermoleculen. Een watermolecuul bestaat uit een zuurstofatoom (O), verbonden met twee waterstofatomen (H). Zo'n verbinding kan door de energie uit de infraroodpuls gaan trillen. De onderzoekers kunnen trillingen van specifieke watermoleculen exciteren, bijvoorbeeld alleen die met sterke waterstofbruggen, door de precieze frequentie van de infrarode puls te veranderen. Die trilling van een watermolecuul bevat veel energie en kan van het ene watermolecuul naar het andere 'hoppen'. Als gevolg van die energieoverdracht worden in de loop van de tijd ook zwakgebrugde watermoleculen aan het oppervlak geŽxciteerd. De onderzoekers brachten in kaart hoe snel dit gaat aan het oppervlak, door de vertraging tussen de eerste excitatiepuls en de twee detectiepulsen te variŽren.

Antennes
De energieoverdracht in de bovenste laag blijkt plaats te vinden op een tijdschaal van enige honderden femtoseconden (fs, 1 fs=10-15 s), langzamer dan in de rest van het water. Dit komt doordat watermoleculen op het grensvlak alleen maar naar beneden, het water in, energie kunnen overdragen. Verder zagen de onderzoekers dat de buitenste watermoleculen waarvan ťťn OH-groep vrij de lucht in wijst, zeer efficiŽnt energie kan opvangen en het water in geleiden (zie figuur). De vrije OH-groep doet dit door, na in trilling te zijn gebracht met licht van de juiste infraroodgolflengte, de energie heel snel om te zetten in een trilling van de andere OH-groep binnen hetzelfde molecuul. Vervolgens wordt de energie weer bliksemsnel aan andere watermoleculen overgedragen.
Het wateroppervlak kan dus uiterst efficiŽnt energie opnemen en verdelen. Deze eigenschap is van belang voor processen aan wateroppervlakken waar lokaal veel energie bij vrijkomt, zoals tijdens de werking van actieve membraaneiwitten, en ook voor chemische reacties die door wateroppervlakken gekatalyseerd worden, bijvoorbeeld op waterdruppels en ijsdeeltjes in de atmosfeer.



Bron:
FOM

Wetenschappelijke publicatie (abstract):
Zhen Zhang, Lukasz Piatkowski, Huib J. Bakker, Mischa Bonna: Communication: Interfacial water structure revealed by ultrafast two-dimensional surface vibrational spectroscopy


Wetenschappelijke publicatie (paper):
Zhen Zhang, Lukasz Piatkowski, Huib J. Bakker, Mischa Bonna: Communication: Interfacial water structure revealed by ultrafast two-dimensional surface vibrational spectroscopy
Heb je interesse in journalistiek? Wij zoeken versterking! Speurwerk, deel van het team, meer weten: klik.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.




0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures