Eine Gruppe von Wissenschaftlern aus Schweden und den Vereinigten Staaten hat mittels Röntgenstrahlen den molekularen Aufbau einer Mischung aus Methanol und Wasser untersucht. Die beiden Moleküle bilden demnach zum Teil geordnete Überstrukturen aus. Da sich dadurch die Unordnung des Systems erniedrigt, dies aber nach einem Grundgesetz der Thermodynamik nicht erlaubt ist , dürfen sich die beiden Molekülsorten nicht vollständig mischen. Das berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin Physical Review Letters (Bd. 91, Artikel 157401).
Die Forscher um Jinghua Guo vom Berkeley National Laboratory schossen in ihren Experimenten zunächst Röntgenstrahlen durch eine Flüssigkeit aus purem Methanol, einem nichttrinkbaren Alkohol. Durch eine Analyse der absorbierten und zum Teil wieder ausgesandten Strahlen konnten die Forscher den Aufbau der chemischen Bindungen zwischen den einzelnen Methanolmolekülen bestimmen. Der Alkohol bildet demnach in der Flüssigkeit Ketten sowie Ringe aus jeweils sechs bis acht Molekülen aus.
In einem nächsten Schritt tröpfelten Guo und seine Kollegen Wasser in den Alkohol und untersuchten die Wechselwirkung zwischen den beiden Molekülsorten. Ein Teil der Wassermoleküle lagerte sich mit den Methanolketten zu geordneten Überstrukturen, so genannten Clustern, zusammen, fanden die Wissenschaftler.
Da sich auf diese Weise Ordnung in der Flüssigkeit ausbildet, erniedrigt sich dessen Entropie. Die Entropie des gesamten Flüssigkeitssystems darf aber aufgrund des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik nicht abnehmen. Ohne Energiezufuhr kann sich keine spontane Ordnung ausbilden, und daher können sich die beiden Flüssigkeiten nicht vollständig durchmischen. Die Forscher haben somit die seit längerem diskutierten Erklärungsversuche dieses Phänomens auf eine solide molekulare Grundlage gestellt.
Stefan Maier
