Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantentunneln der Kohlensäure

13.06.2016

Internationales Team der Justus-Liebig Universität Gießen und der University of Georgia (USA) entdeckt neue Eigenschaft der Kohlensäure

Quantentunneln ist eines der seltsamsten Phänomene der Quantentheorie. Es erlaubt die Umwandlung eines Moleküls in ein anderes, in dem es durch statt über eine Energiebarriere reagiert. Man könnte einen solchen Tunnelprozess bildhaft mit der Durchfahrt eines Alpentunnels mit dem Auto vergleichen, wobei ein Tunnel tatsächlich gar nicht vorhanden wäre, erläutert Prof. Peter. R. Schreiner vom Institut für Organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). Ein solcher Vorgang scheine deshalb nahezu unmöglich und folge auch nicht den Gesetzen der klassischen Physik.


Domino Tunneling. Peter R. Schreiner,* J. Philipp Wagner, H. P. Reisenauer, Dennis Gerbig, David Ley, János Sarka, Attila G. Császár, Alexander Vaughn and Wesley D. Allen

J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7828–7834. DOI: 10.1021/jacs.5b03322

https://www.uni-giessen.de/fbz/fb08/Inst/organische-chemie/agschreiner/research/tunneling

So fremdartig dem Laien dieses Phänomen auch erscheinen mag, ein wissenschaftliches Team der Arbeitsgruppe von Prof. Schreiner (JLU) und der University of Georgia, USA, (Arbeitsgruppe Prof. Wesley D. Allen) konnte zeigen, dass Quantentunneln ständig passiert, und zwar in Substanzen, mit denen wir alle bestens vertraut sind: in kohlensäurehaltigen Getränken.

Eine Arbeit hierzu wurde am 24. Mai 2016 in dem Fachjournal Chemical Communications (doi: 10.1039/C6CC01756H) veröffentlicht. Das für die prickelnde Erfrischung verantwortliche Molekül – gasförmiges Kohlendioxid (CO¬2) – bildet sich dabei aus der schnellen Zersetzung der in diesen Getränken enthaltenen Kohlensäure (H2CO3).

Sehr lange war man sich in der Wissenschaft nicht einmal einig, ob es die Kohlensäure in der Gasphase denn überhaupt gibt oder sie sich vielmehr extrem schnell in CO2 und Wasser zersetzt. So gab es erste Hinweise auf die Gasphasenstabilität der H2CO3 erst seit 1987; eine Bestätigung fanden diese aber erst im Jahr 2009.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Schreiner hat kürzlich einen neuen synthetischen Zugang zu gasförmigen Kohlensäure eröffnet (DOI: 10.1002/ange.201406969) und diese unter sehr kalten Bedingungen eingehend untersucht. Die Untersuchungen erfolgten bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und damit unter Bedingungen, wie man sie auch im Weltraum findet. Dabei fanden die Wissenschaftler zwei geometrische Isomere, sogenannten Konformere, deren gegenseitige Umwandlung über einen gewissen Zeitraum genau nachverfolgt werden konnte.

Es stellte sich heraus, dass das energetisch höher liegende Konformer sich in wenigen Stunden (abhängig von der exakten Temperatur und dem umgebenden Material) in das energetisch tiefer liegende Konformer umwandelt, obwohl hierfür nicht ausreichend Energie zur Verfügung steht. Qualitativ sehr hochwertige Berechnungen der Arbeitsgruppe von Prof. Allen zeigen, dass es sich hier um einen quantenmechanischen Tunnelprozess handeln muss.

Die komplexen Zerfalls- und Umwandlungsmechanismen wurden mittels mathematischer Modelle, wie sie schon für das sogenannte „Domino-Tunneln“ (DOI: 10.1021/jacs.5b03322) entwickelt wurden, beschrieben.

Die vorliegende Analyse der Kohlensäure zeigt, dass konformatives Tunneln ein weit verbreitetes Phänomen ist, das empfindlich von der Umgebung abhängt und damit auch von außen kontrolliert werden kann. In der Weiterentwicklung solcher Studien können sich also neue Möglichkeiten zur Kontrolle von Selektivitäten chemischer Reaktionen eröffnen.

Publikation
J. Philipp Wagner, Hans-Peter Reisenauer, Vivii Hirvonen, Chia-Hua Wu, Joseph L. Tyberg, Wesley D. Allen, and Peter R. Schreiner: „Tunneling in Carbonic Acid“, Chemical Communications, May 24, 2016
DOI: 10.1039/C6CC01756H
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/cc/c6cc01756h#!divAbstract

Kontakt
Prof. Dr. Peter R. Schreiner
Institut für Organische Chemie der JLU Gießen
Heinrich-Buff-Ring 17, 35392 Gießen
Telefon: 0641 99-34300
E-Mail: prs@uni-giessen.de

Die 1607 gegründete Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) ist eine traditionsreiche Forschungsuniversität, die über 28.000 Studierende anzieht. Neben einem breiten Lehrangebot – von den klassischen Naturwissenschaften über Rechts- und Wirtschaftswissenschaften, Gesellschafts- und Erziehungswissenschaften bis hin zu Sprach- und Kulturwissenschaften – bietet sie ein lebenswissenschaftliches Fächerspektrum, das nicht nur in Hessen einmalig ist: Human- und Veterinärmedizin, Agrar-, Umwelt- und Ernährungswissenschaften sowie Lebensmittelchemie. Unter den großen Persönlichkeiten, die an der JLU geforscht und gelehrt haben, befindet sich eine Reihe von Nobelpreisträgern, unter anderem Wilhelm Conrad Röntgen (Nobelpreis für Physik 1901) und Wangari Maathai (Friedensnobelpreis 2004). Seit 2006 wird die JLU sowohl in der ersten als auch in der zweiten Förderlinie der Exzellenzinitiative gefördert (Excellence Cluster Cardio-Pulmonary System – ECCPS; International Graduate Centre for the Study of Culture – GCSC).

Weitere Informationen:

http://www.uni-giessen.de/fbz/fb08/Inst/organische-chemie/agschreiner/research/t...
http://www.uni-giessen.de/schreiner

Charlotte Brückner-Ihl | 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