Adsorption von hydrierten Protonen an der Luft‐Wasser‐Grenzfläche durch Orientierung

Abstract

AbstractDie Oberflächenspannung der Wasser‐Luft‐Grenzfläche steigt bei Zugabe von anorganischen Salzen, entsprechend einer Verarmung von Ionen. Hingegen verursachen die meisten Säuren eine Verringerung der Oberflächenspannung, was einen Überschuss von hydrierten Protonen an der Oberfläche anzeigt. Zusammen mit der scheinbar negativen Ladung der Grenzfläche zwischen Luft und reinem Wasser, die aus elektrokinetischen Experimenten folgt, führte diese experimentelle Beobachtung zu heftigen Diskussionen seit der Mitte des 19. Jahrhunderts. Hier bestimmen wir die Oberflächenspannung und Affinität der Ionen zur Oberfläche aus klassischen, thermodynamisch konsistenten Molekulardynamiksimulationen. Die Oberflächenspannungen der Lösungen mit NaOH, HCl und NaCl stimmen quantitativ bemerkenswert gut mit experimentell gemessenen Werten überein. Von den untersuchten Ionen wird nur H3O+ an der Luft‐Wasser‐Grenzfläche adsorbiert. Die Adsorption lässt sich durch den tiefen Potentialtopf erklären, der durch die Ausrichtung des H3O+‐Dipols im elektrischen Feld der Grenzfläche entsteht, was wir mit Ab‐initio‐Simulationen bestätigen.