Physikalische Chemie 2010

THz-Spektroskopie und Solvatationsdynamik

In Wasser brechen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen zwei Wassermolekülen im Mittel in jeder Picosekunde einmal auf. Nach einer Rotations- oder Diffusionsbewegung bildet sich erneut eine H-Brücke mit einem anderen benachbarten Wassermolekül (Abbildungen 1 und 2). Diese Bewegungen ermöglichen eine Fluktuation im Wassernetzwerk, wodurch sich die Wasser-Dipolmomente auf der Subpikosekunden- und Pikosekunden-Zeitskala ändern. Auf der Frequenzskala entspricht dies Absorptionen im Terahertzbereich. Die THz-Absorptionsspektroskopie weist diese Umorientierung der Dipolmomente sehr empfindlich nach (1 THz = 1012 Hz = 1 ps—1). Damit eröffnet die THz-Absorptionsspektroskopie einen neuen Blick auf Änderungen in den schnellen, kollektiven Bewegungen des Wassernetzwerks durch gelöste Stoffe.

Gemeinsam mit Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie der Universität Bochum, ist es uns im letzten Jahr gelungen, das experimentelle THz-Spektrum des Wassers durch grundlegende Ab-initio-Molekulardynamiksimulationen zu reproduzieren.^1_1 Die Simulationen liefern erstmals ein detailliertes molekulares Beschreibungsmodell für di

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