Künstlicher Lotus-Effekt auf Objektträgern
von Elena von Hoff
Ziel des Versuchs Dieser Versuch veranschaulicht auf einfache Weise den Lotuseffekt. Dazu wird ein Objektträger mit einer Schicht Ruß bedeckt.
Vorbemerkung
Materialien
Chemikalien
Durchführung
Beobachtung
Abbildungen
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Abb. 1: Lackmustropfen auf einer unbehandelten (links) und einer rußigen Glasoberfläche (rechts).
Deutung
Die Rußpartikel auf dem Objektträger bestehen aus kugelförmigen Zusammenschlüssen von elementarem Kohlenstoff, die Kugeldurchmesser von 5 bis 500 nm besitzen. Sie können außerdem verzweigte kettenförmige Aggregate bilden. Diese Strukturen im Nanobereich setzen sich auf der Oberfläche des Objektträgers ab und bilden eine raue Schicht. Wird ein Wassertropfen auf eine Oberfläche gegeben, so gehen die Wassermoleküle Wechselwirkungen mit den Molekülen der Oberfläche ein. Da die Rußpartikel hydrophobe Eigenschaften aufweisen, sind die Wechselwirkungen mit den Wassermolekülen nur sehr gering. Dieser Effekt wird durch die raue Struktur der Rußschicht noch begünstigt, da ein Wassertropfen nur mit sehr wenigen Rußpartikeln in Kontakt kommt. Im Vergleich dazu sind die intermolekularen Wechselwirkungen der Wassermoleküle untereinander viel stärker. Die Moleküle ziehen sich deshalb an und tendieren dazu, einen energetisch günstigsten Zustand zu erlangen. Dieser Zustand ist durch eine Oberflächenminimierung möglich, weshalb die Wassertropfen auf der rußigen Oberfläche kugelförmig sind.
Bei der unbehandelten Seite des Objektträgers sind die Wechselwirkungen der Wassermoleküle mit denen der Glasoberfläche viel größer, weshalb das Wasser eine flache Form annimmt. Die sehr glatte Oberfläche des Glases begünstigt zudem diese flache Tropfenform, da die Wassermoleküle mit viel mehr Molekülen der Glasoberfläche wechselwirken können.