Explosive Nano-Bläschen
Freitag, 23. September 2011, 15:52 • Rubrik Chemie, Physik.
Wenn es um den Hubraum geht, begnügen sich selbst moderne PKW-Modelle nur selten mit weniger als einem Liter. Verbrennungen können auch in ungleich kleineren Brennkammern ablaufen, haben niederländische Physiker entdeckt. Sogar in Gasbläschen mit einem Durchmesser von weniger als einem Zehntausendstel Millimeter kann es demnach zur explosiven Knallgasreaktion kommen.
Foto: mirpic / Fotolia
“Die Zündung einer exothermen chemischen Reaktion in einem kleinen Volumen gilt als schwierig oder sogar unmöglich”, erläutern die Forscher um Miko Elwenspoek von der Universität Twente. Der Grund liege in dem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, das mit schrumpfenden Abmessungen immer größer werde – und damit auch der Wärmeverlust. Freigesetzte Reaktionswärme sollte daher zu rasch in die Umgebung abfließen, als dass sie die weitere Reaktion befeuern könnte.
Elwenspoek und Kollegen erzeugten winzige Gasbläschen, indem sie in rascher Folge positive und negative Spannung an eine Elektrode in Wasser anlegten. Durch Elektrolyse des Wassers entstanden an der Elektrodenoberfläche im Wechsel Sauerstoff und Wasserstoff und als Resultat Bläschen, die beide Gase enthielten. Waren diese Bläschen kleiner als 0,15 Mikrometer (Tausendstel Millimeter), entsprechend einem Volumen von wenigen Trillionstel Litern, stellten die Forscher zu ihrer Verblüffung eine deutliche Erwärmung und einen starken mechanischen Verschleiß der Elektrodenoberfläche fest. Offenbar lief in den Bläschen wider Erwarten die Knallgasreaktion ab, sobald der Bläschendurchmesser einen Schwellenwert unterschritt.
Frühere Versuche hatten gezeigt, dass in Gasbläschen mit Durchmessern von einigen Mikrometern nur schwerlich eine Verbrennung ablaufen kann, da das enthaltene Gas zu schnell auskühlt. Dass die Reaktion in den kleineren Bläschen sehr wohl abläuft, führen die Physiker unter anderem auf einen Druck von schätzungsweise 30 Atmosphären zurück, der sich in den Bläschen als Folge der großen Oberflächenspannung aufbaut.
Forschung: Vitaly B. Svetovoy, Remko G. P. Sanders, Theo S. J. Lammerink und Miko C. Elwenspoek, Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica, Unversiteit Twente
Veröffentlichung Physical Review E (im Erscheinen)
WWW:
Transducers Science and Technology, Universiteit Twente
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