Ionenadsorption und ‐desorption an der CaF₂‐Wasser‐Grenzfläche untersucht mit Flussexperimenten und Schwingungsspektroskopie

Abstract

Die Auflösung von Mineralien in Kontakt mit Wasser spielt eine entscheidende Rolle in der Geochemie. Einblicke in die Grenzflächenchemie auf molekularer Ebene zu erhalten, gestaltet sich jedoch schwierig. Beim Auflösen werden typischerweise Ionen an der Oberfläche freigesetzt, die eine geladene Mineraloberfläche entstehen lassen. Diese Ladung beeinflusst die Ausrichtung der Wassermoleküle an der Grenzfläche, was mittels oberflächenspezifischer Schwingungsspektroskopie auf Basis der Summenfrequenzerzeugung (v-SFG-Spektroskopie) untersucht werden kann. Die aktuellsten spektroskopischen Untersuchungen lassen darauf schließen, dass bei der Fluorit-Wasser-Grenzfläche die Adsorption und Desorption von Fluoridionen die Oberflächenladung bestimmt. Dies steht im Gegensatz zu älteren Zeta-Potential-Messungen, welche diese Rolle den Calciumionen zuschrieben. Durch Kombination von v-SFG-Spektroskopie und Flussexperimenten mit systematisch unterdrückter Ionenfreisetzung wird das Zusammenspiel von dominanter Fluorid und schwacher Calciumionen Adsorption/Desorption entdeckt und löst somit die Kontroverse in der Literatur. Hierbei konnten wir abschätzen, dass der Beitrag von Calcium um Größenordnungen geringer ist, was die Empfindlichkeit unseres Ansatzes unterstreicht.