Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Anfängliche Abstoßung schließt spätere Anziehung nicht aus

13.09.2019

Regensburger Physiker messen erstmals direkt den Übergang von einer schwachen Bindung (Physisorption) in eine starke Bindung (Chemisorption) am Beispiel eines Kohlenstoffmonoxid-Moleküls und eines Eisenatoms

Der Philosoph Arthur Schopenhauer hat mit seiner Stachelschwein-Allegorie ein Gleichnis entwickelt, welches einen gewissen Wohlfühlabstand zwischen Menschen erklärt. Demnach fühlen sich Menschen bei zu großem Abstand allein und bei zu kleinem Abstand unwohl aufgrund abstoßender Charaktereigenschaften.


Übergang von einer schwachen Bindung (Physisorption) in eine starke Bindung (Chemisorption)

© Dr. Ferdinand Huber

Den optimalen Abstand hat er anhand der Stachelschweine so erklärt: „An einem kalten Tag entwickelt eine Gruppe Stachelschweine ein allen gemeines Wärmebedürfnis. Um es zu befriedigen, suchen sie die gegenseitige Nähe. Doch je näher sie aneinanderrücken, desto stärker schmerzen die Stacheln der Nachbarn. Da aber das Auseinanderrücken wieder mit Frieren verbunden ist, verändern sie ihren Abstand, bis sie die erträglichste Entfernung gefunden haben.“

Der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman beschreibt in seinem weit verbreiteten dreibändigen Lehrbuch „The Feynman Lectures on Physics“ gleich im ersten Kapitel ein ähnliches Phänomen beim Verhalten der elementaren Bausteine der Materie, den Atomen.

Feynman stellt fest, dass im Falle einer weltumspannenden Katastrophe, die das ganze Wissen der Menschheit vernichten würde, ein bestimmter Satz die wertvollste Information in den wenigsten Worten enthalten würde. Dieser Satz lautet: „… alle Dinge bestehen aus Atomen - kleine Teilchen die ständig in Bewegung sind, sich
anziehen, wenn sie etwas entfernt sind voneinander, sich aber abstoßen, wenn man sie aufeinander drückt“.

Für die Natur der Atombindungen hat der Physiker Lenard-Jones bereits 1932 eine wichtige Komplikation festgestellt. Es können nämlich auch zwei Bindungstypen mit verschiedenen Gleichgewichtsabständen existieren: eine schwache Bindung, genannt Physisorption und eine starke chemische Bindung, genannt Chemisorption. Erstere ist zum Beispiel für die Anhaftung von Staub auf Oberflächen oder von Geckos auf Wänden verantwortlich.

Die Zweitere ist zehn bis hundert Mal stärker als die Physisorption. Das Wechselspiel dieser Adsorptionsarten ist wichtig für den Ablauf chemischer Reaktionen auf Oberflächen, zum Beispiel bei der Abgasreinigung im Autokatalysator oder bei der katalytischen Gewinnung chemischer Grundstoffe. Die Existenz dieser beiden Adsorptionsarten wird durch eine Energiekurve mit zwei Minima dargestellt. Derartige Graphiken werden seit Jahrzehnten in den Lehrbüchern der physikalischen Chemie und Oberflächenphysik abgedruckt, obwohl sie bisher nur theoretisch postuliert waren.

Einer Gruppe experimenteller Physiker von der Universität Regensburg (Dr. Ferdinand Huber, Julian Berwanger, Prof. Dr. Franz J. Giessibl) ist es erstmals gelungen, den Übergang von der Physisorption in die Chemisorption direkt zu messen, indem sie ein Kohlenstoffmonoxid-Molekül an der Spitze ihres
Rasterkraftmikroskops befestigten, dieses an ein einzelnes Eisenatom auf einer Kupferoberfläche annäherten und die Kraftentwicklung bei der Annäherung aufzeichneten.

Unterstützt wurden sie von einem Team von Quantenchemikern (Svitlana Polyesa, Dr. Sergiy Mankovsky, Prof. Dr. Hubert Ebert) der Ludwig-Maximilians-Universität München, welche die theoretische Erklärung beisteuerten. Die Überwindung der Potentialbarriere nach der Physisorption erfordert eine sogenannte Hybridisierung, die in den quantenchemischen Rechnungen erklärt und nachgewiesen wurde.

Zurückkommend auf Schopenhauer und menschliche Beziehungen soll es dort beobachtet worden sein, dass anfängliche Abstoßung in eine innige Beziehung münden kann.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Franz Gießibl
Lehrstuhl für Experimentelle und Angewandte Physik
Universität Regensburg
Tel.: 0941 943-2105
E-Mail: franz.giessibl@ur.de

Originalpublikation:

Ferdinand Huber, Julian Berwanger, Svitlana Polesya, Sergiy Mankovsky, Hubert Ebert, Franz J. Giessibl, “Chemical Bond Formation Showing a Transition from Physisorption to Chemisorption “, Science (2019).
DOI: 10.1126/science.aay3444

Christina Glaser | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Lichtpulse bewegen Spins von Atom zu Atom
17.02.2020 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Physik des Lebens - Die Logistik des Molekül-Puzzles
17.02.2020 | Ludwig-Maximilians-Universität München

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: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

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

Supercomputer „Hawk“ eingeweiht: Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart erhält neuen Supercomputer

19.02.2020 | Informationstechnologie

Soziale Netzwerke geben Aufschluss über Dates von Blaumeisen

19.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

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