Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie sich Atome zu neuen Molekülen umordnen

11.01.2008
Freiburger Physiker entschlüsseln den Ablauf von Austauschreaktionen

Chemische Reaktionen, also die allgegenwärtige Umordnung von Atomen zu neuen Molekülen, geben Wissenschaftlern und Ingenieuren schon seit Jahrhunderten Rätsel auf. Nur durch das Verständnis des Ablaufs chemischer Reaktionen kann man heutzutage die Herstellung von Kunststoffen und Medikamenten verbessern oder die Zerstörung der Ozonschicht unserer Erde verhindern.

Eine der wichtigsten Klassen chemischer Reaktionen haben nun Wissenschaftler am Physikalischen Institut der Universität Freiburg erstmalig im Detail entschlüsseln können. In dieser interdisziplinären Arbeit zwischen Physik und Chemie, die in der neuesten Ausgabe des Fachmagazins Science erscheint, zeigen sie, dass die Umordnung der Atome während dieser Reaktion ganz anders abläuft als bisher angenommen (Science online, 11.01.08 DOI 1126/science.1150238)

Vor fünf Jahren begann PD Dr. Roland Wester als Projektleiter in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Matthias Weidemüller mit dem Bau einer speziellen Apparatur, in der einzelne chemische Reaktionen wie in einem Billiardspiel beobachtet werden können. Die Ausgangsstoffe bewegen sich dabei mit kontrollierter Geschwindigkeit aufeinander zu und reagieren miteinander. Dann werden die Geschwindigkeit der entstehenden Reaktionsprodukte mit einer Kamera sichtbar gemacht. "Am Anfang hatten wir nicht nur mit vielen ungelösten Problemen zu kämpfen, sondern auch mit den Zweifeln unserer Fachkollegen, dass diese Experimente jemals klappen würden. Heute verfügen wir über eine weltweit einmalige Apparatur zur Beobachtung einer Vielzahl chemischer Reaktionen." sagt Roland Wester.

... mehr zu:
»Atom »Austauschreaktion »Molekül »Physik

In ihrer aktuellen Arbeit haben die Freiburger Wissenschaftler die Austauschreaktion von negativ geladenen Chlor-Atomen mit Iodmethan-Molekülen CH3I. Dabei entstehen das Molekül CH3Cl und ein negativ geladenes Jod-Atom. Die Freiburger Experimente förderten verschiedene unerwartete Effekte zu Tage. Entgegen der einfachen Vorstellung, die sich auch in vielen Chemie-Lehrbüchern findet, läuft diese Austauschreaktion bei geringen Chlor-Geschwindigkeiten nämlich nicht so ab, dass das Chlor-Atom sich dem CH3I-Molekül von einer Seite nähert und das Jod-Atom nach der Umordnung des molekularen Komplexes in entgegen gesetzter Richtung davonfliegt. Stattdessen dreht sich der Reaktionskomplex mehrfach in verschiedene Richtungen, so dass sich das Jod-Atom in unbestimmter Richtung vom Komplex löst. "Durch die Zusammenarbeit mit der Theorie-Gruppe von Prof. Dr. Bill Hase, Texas Tech University, USA, gelang es uns sogar noch einen weiteren, völlig unerwarteten, Reaktionsmechanismus zu entdecken, der bei höheren Geschwindigkeiten wichtig wird." erläutert Dr. Jochen Mikosch, der vor kurzem über die experimentellen Arbeiten in Freiburg promovierte. Diesem neuen Reaktionsmechanismus haben die Forscher gleich einen Namen gegeben. Sie nennen ihn den "Roundabout"-Mechanismus nach dem englischen Wort für Karussell und Kreisel.

Die untersuchten Austauschreaktionen spielen in Wasser und damit möglicherweise in biologischen Prozessen eine sehr große Rolle. Deshalb wollen die Forscher in Zukunft den Einfluss von Wassermolekülen auf die Reaktion untersuchen. Dabei geht es ihnen um bessere Vorhersagen des Ablaufs technologisch wichtiger Reaktionen und um das Verständnis chemischer Prozessen in lebenden Zellen. Vor allem aber sind Matthias Weidemüller und Roland Wester überzeugt, dass das Grenzgebiet zwischen Physik und Chemie, das durch die Verbindung aus Komplexität und Quantentheorie geprägt ist, noch viele weitere Überraschungen bereithält. "Unser Verständnis der modernen Quantenphysik erfährt derzeit einen Paradigmenwechsel. Man ging bislang davon aus, dass quantenmechanische Prozesse keinen nennenswerten Einfluss auf komplexe Vorgänge, insbesondere in der belebten Natur, haben. Inzwischen hat sich durch die Forschritte in der Erforschung komplexer Quantensysteme der Blick geweitet und ich bin sicher, dass man schon in naher Zukunft Hinweise auf Phänomene in der belebten Natur finden wird, bei denen die Quantenphysik eine entscheidende Rolle spielt", meint Matthias Weidemüller. Diese zu entdecken ist für die Freiburger Wissenschaftler die große Herausforderung.

Kontakt:
Dr. Roland Wester
Lehrstuhl für Atomare und Molekulare Quantendynamik
Physikalisches Institut, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5815
E-Mail: roland.wester@physik.uni-freiburg.de
Prof. Dr. Matthias Weidemüller
Tel.: 0761/2035740
E-Mail: matthias.weidemueller@physik.uni-freiburg.de

Rudolf-Werner Dreier | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-freiburg.de/

Weitere Berichte zu: Atom Austauschreaktion Molekül Physik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie