Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bismut-Rekord: Unterschiedliche Atomradien erzwingen Entmischung

09.03.2017

Was bislang als unerreichbar galt, ist der Marburger Chemieprofessorin Dr. Stefanie Dehnen und ihrem Mitarbeiter Dr. Robert J. Wilson jetzt gelungen: Die beiden haben eine Verbindung hergestellt, die 4 Germanium- und 14 Bismut-Atome in einem Molekülverband enthält. Damit handelt es sich um das größte bekannte Käfigmolekül mit direkt aneinander gebundenen Bismut-Atomen. Das Team berichtet über seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“; die aktuelle Ausgabe des Wissenschaftsjournals erscheint zur Chemiedozententagung der Gesellschaft Deutscher Chemiker, die von 13.-15. März 2017 in Marburg stattfindet.

Bismut ist das schwerste Metall, das praktisch nicht radioaktiv ist. „Anders als seine direkten Nachbarn im Periodensystem der Elemente – Blei und Polonium – ist es völlig ungiftig“, sagt Dehnen; „in Form bestimmter Salze findet es sogar Anwendung in der Medizin.“


Käfige an der Kette: Das neuartige Bismut-Anion in zwei verschiedenen Ansichten

(Abbildung: Wiley-VCH; das Bild darf nur für die Berichterstattung über die hier angezeigte wissenschaftliche Veröffentlichung verwendet werden.)

In elementarer Form kommt es als Mineral vor. Chemikerinnen und Chemiker stellt es jedoch vor Probleme, wie Dehnen darlegt: „Es ist nicht leicht, Bismut-Atome in direkte Metall-Metall-Bindungen zu zwingen. Bis vor kurzem wurde die Bildung von vielatomigen Bismut-Käfigen als derart ungünstig angesehen, dass man davon ausging, mit diesem Element keine großen und komplexen Strukturen realisieren zu können.“

In ihrer aktuellen Publikation beschreiben Dehnen und Wilson, wie die Synthese des neuen Moleküls vonstattengeht: Schmilzt man die chemischen Elemente Kalium, Germanium und Bismut im Verhältnis 2:1:1 zusammen und extrahiert den dabei entstehenden Feststoff mit dem Lösungsmittel Ethylendiamin, so ergibt sich zunächst eine tiefblaue Lösung.

„Mit der Zeit ändert sich die Farbe der Lösung jedoch von Blau über Grün nach Rotbraun, wobei dunkelrote Nadeln kristallisieren“, berichtet Wilson; die Kristallnadeln enthalten die neuartige Bismut-Verbindung – ein Salz, das ein Molekül der Summenformel (Ge4Bi14)4– enthält. „Trotz der langen Reaktionszeit ist die Reaktion reproduzierbar“, betonen Dehnen und Wilson: „Die Produktbildung kann bei Raumtemperatur nach etwa 60 Tagen beobachtet werden, bei 5° C nach zirka 90 Tagen.“

Das rekordverdächtige Molekül besteht aus zwei Bismut-Käfigen, die je sieben Atome besitzen; sie teilen sich eine gemeinsame Kante, die aus vier Germanium-Atomen besteht. „Das Gesamtgebilde ist negativ geladen, es handelt sich somit um das Anion der salzartigen Titelverbindung“, legt Dehnen dar. In der „Cambridge Structural Database“, der wichtigsten Strukturdatenbank für entsprechende Stoffe, findet sich kein Molekül mit der gleichen Gesamtstruktur.

Worauf ist die strikte Trennung der Elementsorten in der Verbindung zurückzuführen? „In verwandten Verbindungen mit anderen Elementkombinationen war bisher immer ein möglichst gleichmäßige Verteilung verschiedener Atomsorten in den Molekülen präferiert worden“, führt Dehnen aus. Das Forschungsteam vermutet, dass die Entmischung auf den extrem unterschiedlich großen Atomradien beruht – ein Phänomen, was von makroskopischen Metalllegierungen bekannt ist; hier wurde dies auf molekularer Skala nachvollzogen.

Wie genau sich das große Bismut-Polyanion bildet, haben die Autoren noch nicht herausgefunden. „Dies wird erst möglich sein, wenn man die Zwischenstufen nachweisen kann, was in diesem Fall aber besonders schwierig ist“, schreiben Dehnen und Wilson.

Stefanie Dehnen lehrt Anorganische Chemie an der Philipps-Universität. Ihre Arbeitsgruppe am Fachbereich Chemie beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von anorganischen und metallorganischen Multikomponenten-Clusterverbindungen. Auch in der breitenwirksamen Vermittlung naturwissenschaftlicher Fragestellungen ist die Hochschullehrerin aktiv: Dehnen ist Direktorin des Mitmachlabors „Chemikum Marburg“. Die aktuelle Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziell gefördert.

Originalveröffentlichung: Robert J. Wilson & Stefanie Dehnen: (Ge4Bi14)4−: Ein Fall von “Element-Entmischung” auf molekularer Skala, Angewandte Chemie 11/2017

Weitere Informationen:
Ansprechpartnerin: Professorin Dr. Stefanie Dehnen,
Arbeitsgruppe Anorganische Chemie
Tel.: 06421 25751
E-Mail: dehnen@chemie.uni-marburg.de
Homepage: http://www.uni-marburg.de/fb15/ag-dehnen

Informationen zur Chemiedozententagung: https://www.gdch.de/fileadmin/downloads/Veranstaltungen/Tagungen/2017_Tagungen/C...

Johannes Scholten | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

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

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

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