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 Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften