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Wasserstoffbrücken Bildung von Wasserstoffbrücken auch über Wasserstoffatome möglich

| Redakteur: Olaf Spörkel

Forscher vom BESSY und Max-Born-Institut konnten zeigen, dass Hydroxidionen in wässriger Lösung auch über ihr Proton Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden können.

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Schema der Bildung einer Wasserstoff-Brückenbindung eines Hydroxidions mit einem Wassermolekül.
Schema der Bildung einer Wasserstoff-Brückenbindung eines Hydroxidions mit einem Wassermolekül.
( Bild: Bessy )

Berlin – Bernd Winter und Kollegen vom Berliner Elektronenspeicherring Bessy und vom Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) konnten jetzt eine bislang unbekannte Eigenschaft von Hydroxidionen nachweisen. Die Forscher fanden heraus, dass Hydroxidionen in der Lage sind, über ihr Wasserstoffatom Wasserstoffbrücken auszubilden.

Bisher nahm man an, dass Hydroxidionen nur als Protonenakzeptoren fungieren können und ihr negativ geladenes Sauerstoffatom mit positiven Wasserstoffatomen der umgebenden Wassermoleküle in Wechselwirkung tritt. Die Wissenschaftler wiesen jedoch nach, dass durch Photonen angeregte Hydroxidionen in einer wässrigen Natriumhydroxidlösung Energie auf benachbarte Wassermoleküle übertragen können, sofern sie in einer bestimmten Weise um das Hydroxidion angeordnet sind. Ersetzten die Forscher in ihren Versuchen die Hydroxidionen durch die ebenfalls negativ geladenen Chlorid- oder Fluoridionen, konnten sie das Phänomen nicht beobachten. Daraus schlossen sie, dass die im Spektrum beobachteten Resonanzmuster von der schwächeren Donor-Wasserstoffbrückenbindung resultierten. Die Unterscheidung lässt sich für die hydratisierten Halogenionen nicht machen. Diese wandern durch die Lösung, bei Hydroxidionen wird die Ladung von Molekül zu Molekül weitergereicht, was auch Strukturdiffusion genannt wird.

Photoelektronenspektroskopie für die Analyse der Wasserstoffbrücken

Für ihre Untersuchungen nutzten die Forscher die Photoelektronenspektroskopie und als Photonenquelle die Synchrotronstrahlung. Bei dem Verfahren wird die wässrige Probe mit Photonen einer definierten Energie angeregt. Je nach Energie können die Photonen die Elektronen der Moleküle auf ein höheres Energieniveau heben oder sie aus den Molekülen herausschleudern. Durch Messung der Energie der freiwerdenden Elektronen lassen sich Aussagen über die elektronischen Eigenschaften des Moleküls und über den Aufbau von chemischen Bindungen treffen.

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