Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Photochemische Reaktionen im Computer berechnen

22.04.2002


  • Bits und Bytes statt Bunsenbrenner
  • "Physical Review Letters" berichtet über neuen Algorithmus

Chemische Reaktionen, die durch Wärmezufuhr angeregt werden, können Wissenschaftler seit langem im Computer ablaufen lassen. Dr. Nikos Doltsinis und Prof. Dr. Dominik Marx (Lehrstuhl für Theoretische Chemie der RUB) ist es nun erstmals gelungen, diese Methode auch auf die komplizierteren photochemischen Reaktionen anzuwenden. Sie entwickelten dazu einen Algorithmus, der mehrere elektronische Zustände berücksichtigt. Die Zeitschrift "Physical Review Letters" berichtet in ihrer Ausgabe vom 22. April 2002 über die Ergebnisse.

Energiezufuhr durch Wärme oder Licht

Um überhaupt in Gang zu kommen, verbrauchen die meisten chemischen Reaktionen zunächst Energie. Häufig erhalten sie diese als Wärme, z. B. indem ein Bunsenbrenner die Temperatur eines Reaktionsgefäßes erhöht. Eine andere Energiequelle kann das Licht sein, das so genannte Photoreaktionen auslöst. Beispiele für verschachtelte Reaktionen, bei denen eine Photoreaktion am Anfang steht, sind die Photosynthese (Umwandlung von Lichtenergie in organismisch verwertbare Energieformen) und der Sehprozess (Umwandlung von Lichtenergie in Neurosignale). "Viele dieser lichtgetriebenen Reaktionen sind thermisch unmöglich oder führen bei identischen Ausgangssubstanzen zu anderen Produkten als die thermische Analogreaktion", erläutert Prof. Marx.

Komplizierte Photoreaktionen simulieren

Thermische Reaktionen laufen typischerweise in einem einzigen elektronischen Zustand - meist dem Grundzustand - ab. Solche Reaktionen können die Forscher bereits seit gut 15 Jahren "in silico", also im Computer, simulieren. "Wir vereinfachen die Grundgleichungen der Quantenphysik, münzen sie in Rechenvorschriften um und lösen sie näherungsweise auf Großrechnern", so Marx. Eine effiziente Methode dazu ist die 1985 eingeführte "Car-Parrinello Molekulardynamik" (CP-MD). Photoreaktionen sind komplizierter, da sie mindestens zwei elektronische Zustände benötigen, die zudem (über sog. "nichtadiabatische Kopplungen") miteinander verquickt sind. Mit einem neuen Algorithmus gelang es Doltsimis und Marx nun, das CP-MD-Verfahren auf Photoreaktionen zu erweitern (nichtadiabatische CP-MD). Ihre Methode kann, im Gegensatz zu ähnlichen Ansätzen, Photoreaktionen sehr effizient und auch für komplexe Moleküle berechnen.

Große und gelöste Moleküle untersuchen

Um mit anderen Rechnungen vergleichen zu können, testeten die Forscher ihre Methode zunächst an einer bekannten Photoreaktion eines kleinen Moleküls in der Gasphase. Ideale Anwendungsgebiete der nichtadiabatischen CP-MD sind jedoch gerade die Untersuchung großer Moleküle, etwa DNA Basenpaare, oder von Molekülen in Lösung. Sie kommen in Reaktionskolben chemischer Labors und in biologischen Organismen am häufigsten vor.

Titelaufnahme

Nikos L. Doltsinis; Dominik Marx: Nonadiabatic Car-Parrinello Molecular Dynamics. In: Physical Review Letters, Band 88, Nr. 16, Seite 166402, 2002 

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie, Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-28083, Fax: 0234/32-14045, E-Mail:  dominik.marx@theochem.ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.theochem.ruhr-uni-bochum.de/go/surfhop.html

Weitere Berichte zu: CP-MD Molekül Photoreaktion

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt
18.06.2018 | Universität Bern

nachricht Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen
18.06.2018 | Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Im Fußballfieber: Rittal Cup verspricht Spannung und Spaß

18.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics