29.12.2007 · Molekülketten zeigen ein seltsames Schmelzverhalten
Von Manfred Lindinger
© MPI für Kollioid- und Grenzflächenforschung
Blumenmuster schmelzender Kohlenwasserstoffe
Lange Kohlenwasserstoffketten bilden auf einer Quarzoberfläche mitunter Strukturen, die Eisblumen recht ähnlich sehen. Während Letztere normalerweise dadurch entstehen, dass feuchte Luft an kalten Wintertagen auf dünnen Fensterscheiben kondensiert und gefriert, ist das hier abgebildete Muster die Folge eines Schmelzvorgangs.
Dabei geht die ursprünglich feste nanometerdicke Schicht aus Alkanen allmählich in die flüssige Phase über. Die Kohlenwasserstoffe verändern währenddessen ihre Orientierung. Stehen die Moleküle in der festen Phase noch starr und eng nebeneinander senkrecht auf der Unterlage, so liegen sie in der flüssigen Phase flach auf.
Flüssig, schon vor der Schmelztemperatur
Einige Moleküle verlassen sogar den Verband der Kohlenwasserstoffe und wandern in die Umgebung ab, wo sie mit der Quarzoberfläche wechselwirken. Dabei wird sogenannte Benetzungsenergie frei, die für den weiteren Schmelzvorgang zur Verfügung steht.
Liegt diese unterhalb eines bestimmten Werts, werden die Alkane bereits flüssig, bevor sie ihre eigentliche Schmelztemperatur von rund 80 Grad erreicht haben. Die Folge ist ein weiter Schmelzbereich, wie Hans Riegler und Ralf Köhler in der Zeitschrift „Nature Physics“ (Bd. 3, S. 890) berichten. Verantwortlich für dieses Phänomen sind Grenzflächeneffekte, die im Nanometerbereich eine große Rolle spielen.
