Wasser bildet die Grundlage allen Lebens. US-Forscher der University of Berkeley konnten nun eine wesentliche Eigenschaft dieser Flüssigkeit aufklären: Die spontane Aufspaltung des Wassermoleküls in ein Proton und eine so genannte Hydroxid-Gruppe (OH) aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom. Ohne dieses Verhalten wären die meisten biologischen Vorgänge nicht möglich.
Gemessen wird die Häufigkeit dieser Aufspaltung mit dem pH-Wert. Er bestimmt über die Konzentration von freien Protonen, ob eine Flüssigkeit sauer oder basisch reagiert. In reinem Wasser geschieht diese Aufspaltung allerdings so selten, dass die Forscher bei der Beobachtung eines Moleküls nur alle zehn Stunden diese Reaktion für den winzigen Bruchteil einer Sekunde erwarten können. Eine aufwendige Computer-Simulation hilft ihnen daher, diesen wichtigen Moment zu untersuchen.
“Die Reaktion ist sehr komplex. Es ist als ob Wasser gleichzeitig als Spalter und als Gespaltener agiert”, beschreibt Wissenschaftler Christoph Dellago den Mechanismus. Nur in einer speziellen Anordnung von mehreren Wassermolekülen um ein einzelnes herum kommt es zu dieser Reaktion. Es wird für kurze Zeit ein elektrisches Feld aufgebaut, das das Proton vom zentralen Wassermolekül abzieht. Eine Milliardstel Sekunde später bricht die Molekülbindung auf und das einzelne Proton kann sich frei bewegen. Es reagiert sauer.
Nun wollen die Forscher mit ihrem ausgefeilten Computerprogramm auch andere seltene chemische Reaktionen nachstellen und besser verstehen. Damit könnten sie neue Herstellungsverfahren für bessere Werkstoffe oder wirksamere Arzneimittel entwickeln.
Hier eine weitere Meldung zum Thema Chemie des Wassers aus dem bdw-Newsarchiv.
Jan Oliver Löfken
