Die Geschwindigkeit, mit der ein poröses Material Moleküle aufnehmen oder abgeben kann, wird durch sie so genannte Sorptionshysterese beschrieben.Jetzt haben Wissencshaftler erstmals experimentell nachgewiesen, wodurch das Tempo dieser Austauschprozesse bestimmt wird.
Poröse Systeme kommen unter anderem in der Industrie zum Einsatz, wenn etwa bestimmte Stoffe voneinander getrennt werden sollen. Auch bei der Umwandlung von Stoffen werden poröse Oberflächen eingesetzt. Die Untersuchungen dazu, wie sich flüssige oder gasförmige Moleküle in solchen Porensystemen verhalten, sind daher von ganz praktischer Bedeutung: Denn ein technologischer Prozess kann nicht schneller verlaufen als die Geschwindigkeit, mit der die beteiligten Moleküle in das Porensystem eintreten und es wieder verlassen. Eine schnelle Umwandlung des Moleküls im Porensystem nutzt gar nichts, wenn dieses dann sehr lange braucht, um aus dem Porensystem wieder auszutreten.
Das physikalische Phänomen der Sorptionshysterese ist seit mehr als 100 Jahren bekannt: Wenn poröse Oberflächen Moleküle aufnehmen und wieder abgeben, ist die Gesamtmenge der Moleküle im Porensystem während der Aufnahme und Abgabe unterschiedlich, obwohl die äußeren Bedingungen wie Druck und Temperatur völlig gleich sind. Warum dies so ist, haben jetzt die Grenzflächenphysiker Jörg Kärger, Rustem Valiullin, Sergej Naumov und Petrik Galvosas von der Universität Leipzig näher untersucht. Sie sind dabei zu überraschenden Ergebnissen gekommen, wie die renommierte Fachzeitschrift "Nature" berichtet.
Bislang war die Wissenschaft nach Angaben von Kärger davon ausgegangen, dass die Geschwindigkeit, in der sich ein Gleichgewicht der Moleküle bei Adsorption und Desorption einstellt, durch eine Verlangsamung der molekularen Beweglichkeiten hervorgerufen wird. Die Leipziger Forscher stellten nun jedoch fest, dass das Tempo der Gleichgewichtseinstellung eine Folge der Umverteilung der Moleküle und der Entspannungsprozesse im Porensystem ist, die damit verbunden sind.
Möglich war die Entschlüsselung dieses Rätsels geworden, weil sich die Wissenschaftlergruppe eines neuen Experimentalansatzes bediente: Sie ging dem dynamischen Prozess der Sorptionshysterese mittels verschiedener Verfahren der Kernmagnetischen Resonanz auf den Grund.
(Universität Leipzig, 09.02.2007 – NPO)
