Wasser
Wasser ist die Grundlage für viele biologische, chemische und physikalische Prozesse. Die Grenzfläche von Wasser in Kontakt mit anderen Materialien ist allgegenwärtig und wichtig für Bereiche wie Katalyse, Biologie, Geochemie, Elektrochemie und Chemie der Atmosphäre. Hierbei ist vor allem die mikroskopische Struktur (<1 nm) und die Dynamik von Wasser sowohl im Volumenwasser als auch an wässrigen Grenzflächen für das Verständnis der Prozesse von entscheidender Bedeutung.
Im Inneren von wässrigen Lösungen hängen die Eigenschaften (z.B. Leitfähigkeit oder osmotischer Druck) stark von der Stärke der Wechselwirkung zwischen Wasser und gelösten Stoffen (z.B. Salzen oder kleinen Molekülen) ab. Es ist aber auch entscheidend, wie gut sich diese gelösten Stoffe in die Struktur des Wassers einfügen und inwieweit die gelösten Stoffe die Flüssigkeitsstruktur des Wassers stören. Um den Einfluss der Wasserstruktur auf solche makroskopisch relevanten Eigenschaften zu verstehen, verfolgen wir die Bewegung von Wasser und die strukturelle Entwicklung wässriger Lösungen in Echtzeit unter Verwendung modernster Spektroskopien zusammen mit Computersimulationen.
An der Grenzfläche ist das Wassernetzwerk, verbunden durch sehr starke intermolekularer Wechselwirkungen – sogenannte Wasserstoffbrücken, unterbrochen und die Wasserstruktur ist an der Grenzfläche gestört. Eine zentrale Fragestellung ist hier, wie stark und über welche Längenskalen hinweg eine Grenzfläche das Wassernetzwerk stören kann. Wir untersuchen Wasser durch Anwendung und Entwicklung neuster spektroskopischer Methoden um neue Einblicke in diese relevanten Grenzflächen zu erhalten.
Im Bereich "Wasser" ist der Arbeitskreis insbesondere an den folgenden Themen interessiert:
- Interaktion von Wasser mit Grenzflächen (Backus, Domke, Gonella, Hunger, Parekh, Wang)
- Modellierung von Schwingungsspektren des Wassers (Nagata)
- Rolle von Wasser für den Ladungstransfer und die molekulare Geometrie (Backus, Domke, Gonella, Parekh)
- Hydratation von biotechnologisch relevanten Molekülen (Grechko, Hunger, Parekh)
Gemeinsam mit anderen MPI-P-Gruppen erforschen wir die zentralen Forschungsthemen "Wasser an Grenzflächen", "Strukturbildung im Nichtgleichgewicht" und "Multiskalen-Herausforderungen".
