Molekulare Bewegungen bei chemischen Reaktionen beobachtet

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Forschungsverbund Berlin e.V.

Neuartige reversible chemische Reaktion beobachtet

Völlig überraschend beobachteten die Berliner Physiker eine reversible chemische Reaktion, die sich grundsätzlich von den bekannten langsamen, d.h. thermischen Phasenübergängen des Ammoniumsulfats unterscheidet. Der blaue Lichtblitz führt dazu, dass zunächst das Ammonium-Ion (NH4)+ ein Proton, also eine positive Ladung, und das Sulfat-Ion (SO4)- ein Elektron, eine negative Ladung, abgeben. Die freigesetzten Elementarteilchen vereinigen sich dann zu einem Wasserstoff-Atom, welches schließlich zwischen zwei deutlich voneinander entfernten Positionen innerhalb des Kristalls hin und her springt.

Die hier erstmals demonstrierte Röntgen-Pulverbeugung im Femtosekunden-Zeitbereich lässt sich auf viele weitere Systeme anwenden, etwa um die Eigenschaften molekularer Magnete aufzuklären oder die Elektronenbewegungen in (bio)molekularen Lichtempfängern zu verfolgen, die in Solarzellen eingesetzt werden.

Originalveröffentlichungen

[1] M. Woerner et al., Concerted electron and proton transfer in ionic crystals mapped by femtosecond x-ray powder diffraction, J. Chem. Phys. 133, 064509 (2010).

[2] F. Zamponi, Z. Ansari, M. Woerner, and T. Elsaesser, Femtosecond powder diffraction with a laser-driven hard X-ray source, Opt. Express 18, 947 (2010).

[3] P. Debye and P. Scherrer, Interferenzen an regellos orientierten Teilchen im Röntgenlicht. I., Phys. Zeitschr. 17, 277 (1916

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