ChemieRUBIN: Warum Geckos nicht abstürzen

Geckos laufen an den glattesten Wänden und Decken entlang ohne abzustürzen, weil Millionen winziger Haare an ihren Zehen wie einzelne Moleküle in Wechselwirkung mit dem Untergrund treten. Diesen sog. Adsorptions-Effekt lernen Forscher durch Experimente und Berechnungen verstehen. Ihre Erkenntnisse helfen z. B. bei der Entwicklung von Klebstoffen oder auch bei der Verbesserung von Filtern und Katalysatoren.

Eine senkrechte Wand, spiegelglatt, und ganz oben eine delikate, dicke Fliege: Geckos müssen nicht verzichten. Sie laufen unbeeindruckt an den glattesten Wänden und Decken entlang, ohne je abzustürzen, weil Millionen winziger Haare an ihren Zehen wie einzelne Moleküle in Wechselwirkung mit dem Untergrund treten. Diesen sog. Adsorptions-Effekt lernen Forscher durch Experimente und Berechnungen verstehen. Ihre Erkenntnisse helfen z. B. bei der Entwicklung von Klebstoffen oder auch bei der Verbesserung von Filtern und Katalysatoren. Darüber berichten die RUB-Forscher in ChemieRUBIN, der aktuellen Sonderausgabe des RUB-Wissenschaftsmagazins.

Vom Alleskleber bis zum Katalysator

Die Haftung (Adsorption) von Partikeln an Oberflächen ist aus dem Alltag nicht wegzudenken: Normaler Alleskleber basiert darauf, Filter halten so schädliche Partikel fest und in Katalysatoren durchlaufen Substanzen sogar blitzschnell mehrere Zwischenstufen, in denen sich Teilchen an andere haften und sich wieder lösen. Die Intensität einer Adsorption – ihre Energie und Geometrie – kann äußerst unterschiedlich sein. Die gesamte Wechselwirkung setzt sich aus verschiedenen Einzelwirkungen zusammen, die anziehend oder abstoßend sind.

Anschauen und berechnen

Um Informationen über eine Adsorption zu gewinnen, sehen sich die Forscher z.B. die angehafteten Moleküle unter dem Rastertunnelmikroskop an und ermitteln ihre genaue Position. Um die Stärke der Adsorption herauszubekommen, heizen sie die Oberfläche langsam auf und beobachten, bei welcher Temperatur sich die Teilchen wieder lösen. Quantenchemische Berechnungen helfen dann, die experimentell gewonnen Daten zu überprüfen und zu interpretieren. Sie ergeben z. B. Hinweise darauf, welche Wechselwirkungen genau für die jeweilige Bindung verantwortlich sind.

Industrie profitiert von Erkenntnissen

Die chemische Industrie nimmt solche Forschungsergebnisse dankbar auf: Hier geht es z.B. darum, Katalysatoren optimal zu gestalten. Sie können helfen, chemische Prozesse schneller und effektiver ablaufen zu lassen. Im Autokatalysator müssen die schädlichen Ausgangsstoffe zunächst an der Katalyator-Oberfläche haften und daran entlang wandern, bis sie einen geeigneten Reaktionspartner finden, mit dessen Hilfe sie zu unbedenklicheren Stoffen reagieren können. Dann müssen sie die Oberfläche wieder verlassen, denn sonst wäre der Katalysator inaktiv und unbrauchbar. Katalyatoren dienen auch dazu, Methanol herzustellen, das als Treibstoff für die Brennstoffzelle in Zukunft an Bedeutung gewinnen wird.

Bezug des Magazins

ChemieRUBIN ist in der RUB-Fakultät für Chemie (Tel. 0234/32-24732) zum Preis von 5 Euro erhältlich. Weitere Themen in ChemieRUBIN: Vom Molekül zum Material: Die Kunst der Anorganischen Synthese; Programmierbare biomolekulare Nanokonstrukte – Molekulare Kopiermaschinen; Temperatur formt Moleküle – Von der Ameisensäure zur Doppelhelix; Wasser – mehr als ein Lösungsmittel: Das Eis ist heiß!; Photochemische Reaktionen im virtuellen Labor: Vom Lichtblitz zum Lichtblick; Robotersystem sucht Stickstoffmonoxid-Antagonisten: Sag NO zum Überleben!; Zinkoxid steuert Katalyse: Chemisch entzaubert; Mit High-Tech-Werkzeugen Proteinen auf der Spur: Gegen Malaria und Tumore.

Weitere Informationen

Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum
Prof. Dr. Volker Staemmler, Theoretische Chemie,
Tel. 0234/32-26752, E-Mail: staemm@theochem.rub.de

Prof. Dr. Christof Wöll, Physikalische Chemie
Tel. 0234/32-25529, E-Mail: woell@pc.rub.de