Röntgenstreuung an Flüssigkeits-Gas-Grenzflächen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit werden die Grenzflächen der Systeme Wasser-Propan, Glyzerin- Isobutan sowie die Oberflächen wässriger Salzlösungen untersucht. Die eingesetzten Untersuchungsmethoden sind die Röntgenreflektometrie sowie die diffuse Röntgenstreuung unter streifendem Einfall (GISAX). Die Motivation zur Untersuchung der Systeme Wasser-Propan und Glyzerin-Isobutan liegt einerseits in der Fragestellung, ob an der Wasser-Propan Grenzfläche die Bildung von Gashydrat beobachtet werden kann, andererseits ob die Ausbildung molekular dünner Filme auf den Substraten Wasser und Glyzerin durch das Kapillarwellenmodell beschrieben wird. Die Flüssigkeits-Gas Grenzfläche der wässrigen Natriumhalogenid Lösungen werden hinsichtlich ihrer vertikalen Dichtestruktur als auch ihrer lateralen Oberflächenstruktur betrachtet. Eine Formation von Gashydrat auf der Wasseroberfläche wird nicht beobachtet. Somit bestätigen sich bestehende Theorien zur Gashydratbildung an der Wasser-Gas Grenzfläche nicht. Die Gase Propan und Isobutan bilden durch Adsorption auf den Substraten Wasser und Glyzerin molekular dünne Filme aus. Deren Dicken können als Funktion des anliegenden Gasdruckes variiert werden. Die im Rahmen dieser Arbeit berechneten Oberflächenrauigkeiten der adsorbierten Filme liefern eine sehr gute Übereinstimmung mit dem Experiment. Die Untersuchung der lateralen Oberflächenstruktur wässriger Salzlösungen mittels diffuser Röntgenstreuung liefert eine Zunahme der Streuintensität bei kleinen Längenskalen, was mit einer Abnahme der der Oberflächenenergie bei diesen Längenskalen erklärt werden kann. Ein alternativer Ansatz zur theoretischen Beschreibung der diffusen Röntgenstreuung an Flüssigkeitsoberflächen wird vorgestellt.