Forschende der Ruhr-Universität Bochum haben eine bedeutende Entdeckung gemacht, indem sie die Struktur von überkritischem Wasser aufgeklärt haben. Überkritisches Wasser, das bei extremen Temperaturen und Drücken auftritt, zeigt einzigartige Eigenschaften, die sowohl einer Flüssigkeit als auch einem Gas ähneln. Diese Entdeckung könnte nicht nur das Verständnis der chemischen Prozesse revolutionieren, sondern auch praktische Anwendungen in der Industrie fördern. News der Ruhr-Universität Bochum berichtet, dass die Forscher eine bislang bestehende Theorie widerlegten, die vorschlug, dass Wassermoleküle in Clustern angeordnet und durch Wasserstoffbrücken verbunden seien.
Das Forscherteam, bestehend aus Dr. Katja Mauelshagen, Dr. Gerhard Schwaab, Prof. Dr. Martina Havenith, Dr. Philipp Schienbein und Prof. Dr. Dominik Marx, verwendete eine Kombination aus Terahertz-Spektroskopie und Molekulardynamik-Simulationen. Diese Methodenkombination offenbarte, dass die Wassermoleküle in überkritischem Wasser nicht in Clustern zusammengefasst sind, wie es vorher angenommen wurde. Diese Ergebnisse wurden am 14. März 2025 in der renommierten Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Details des überkritischen Wassers
Überkritisches Wasser erreicht bei etwa 375 Grad Celsius und einem Druck von 220-fachem Normaldruck seine spezielle Form. In diesem Zustand nimmt Wasser verschiedene Eigenschaften an, die in gas- und flüssigkeitsähnliche Regime unterteilt werden können. Dies wurde durch Informationen von Internetchemie weiter verdeutlicht, die auch auf die Widom-Linie hinweisen, die verschiedene Zustände von superkritischem Wasser trennt.
Bei der Untersuchung dieser unterschiedlichen Zustände konnten die Forscher feststellen, dass sich in flüssigem Wasser alle Moleküle durch Wasserstoffbrücken verbinden, während im superkritischen Wasser isolierte Cluster ohne derartige Verbindungen entstehen. Diese Unterschiede in der Clusterbildung und der Wasserstoffbrückenstruktur sind entscheidend für das Verständnis der physikalischen Eigenschaften von Wasser in unterschiedlichen Zuständen.
Anwendungsmöglichkeiten und Bedeutung
Die Bedeutung der Forschung geht über akademische Erkenntnisse hinaus. Superkritisches Wasser wird zunehmend als umweltfreundliches Lösungsmittel in der Industrie eingesetzt. Diese Anwendung könnte potenziell viele Bereiche der chemischen Industrie revolutionieren. Die Simulationen, die am Leibniz-Rechenzentrum in München durchgeführt wurden, unterstützen die Ergebnisse und beleuchten die Bedeutung der Wasserstoffbrückenstruktur im superkritischen Zustand. Diese Arbeiten wurden zudem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert und sind Teil des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation (RESOLV).
Die Entdeckung und die Technologien, die zu dieser Forschung geführt haben, bieten spannende Perspektiven für zukünftige Anwendungen und tiefere Einblicke in die Eigenschaften von Wasser in seiner überkritischen Form.
