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Moleküle verändern deutlich ihr Reaktionsverhalten, wenn sie in kleinste Käfige oder Kanäle eingelagert werden. Welchen Einfluss haben also Umgebungsstrukturen unterschiedlicher Geometrie auf den Ablauf chemischer Vorgänge? Lassen sich Spaltung und Bildung von Molekülbindungen durch ein geeignetes Umfeld beeinflussen? Diese Fragen will PD Dr. Arnulf Materny vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Würzburg im Rahmen eines Projektes beantworten, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird.
Die elementaren Schritte chemischer Reaktionen finden in unvorstellbar kurzen Zeiten statt: So erfolgt der Bruch einer Bindung typischerweise in einigen 100 Billiardstel Sekunden. Solch schnelle Reaktionen können mit modernster Lasertechnik, wie sie am Institut für Physikalische Chemie zur Verfügung steht, beobachtet werden.
Moleküle, die vollständig isoliert von ihrer Umgebung Reaktionen durchführen können, bilden eine Ausnahme. Hingegen stellen Wechselwirkungen mit gleichartigen oder fremden Molekülen die Regel dar. Durch ihre Umgebung werden Moleküle zum Teil erheblich in ihrem Reaktionsverhalten gestört. So kann eine Reaktion, die bei isolierten Molekülen ungehindert abläuft, zum Beispiel in einem Lösungsmittel vollständig unterbleiben. In diesem Fall bilden die Moleküle des Lösungsmittels eine käfigartige Struktur um die betrachteten Moleküle und behindern dadurch die freie Bewegung der bei der Reaktion entstehenden Bruchstücke oder der Moleküle selbst.
Zu den Systemen, in denen die Beweglichkeit und die Reaktivität von Molekülen erheblich beeinflusst werden, gehören auch die Zeolithe. Dabei handelt es sich um feldspatähnliche, meist farblose Minerale mit einer großen Bedeutung in der Chemie: Sie werden eingesetzt als Molekularsiebe, Katalysatoren und Ionentauscher, zum Beispiel in Waschmitteln. Die besonderen Eigenschaften der Zeolithe rühren daher, dass sie andere Moleküle in zweifacher Weise beeinflussen. Zum einen kommt es zu direkten Wechselwirkungen, zum anderen bieten die wenige milliardstel Meter großen Zeolith-Strukturen den eingelagerten Molekülen unterschiedliche Räume: So können sich Käfige ausbilden, in denen die Moleküle auf engem Raum gefangen werden. Es können aber auch ein-, zwei- oder dreidimensionale Kanal- bzw. Knotenstrukturen vorhanden sein, welche die Moleküle oder deren Bruchstücke in ihrer Dynamik festlegen.
Die Arbeitsgruppe von Dr. Materny versucht in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Karl-Franzens-Universität Graz und der Universität Hannover, die elementaren Reaktionsschritte in gezielt synthetisierten, zeolithartigen Umgebungen unterschiedlicher Dimensionalität zu verfolgen und eventuell zu steuern. Die sehr komplexen, nach billiardstel Sekunden aufgelösten Untersuchungen finden in den Labors in Würzburg statt. Die Wissenschaftler erhoffen sich von ihren Experimenten ein tiefergehendes Verständnis der elementaren Prozesse, welche für die chemisch bedeutenden Eigenschaften der Zeolithe verantwortlich sind.
Weitere Informationen: PD Dr. Arnulf Materny, T (0931) 888-6335, Fax (0931) 888-6341, E-Mail:
amaterny@phys-chemie.uni-wuerzburg.de
Ins Gitter des kristallinen Porosils DDR (Deca-dodecasil 3 R eingelagerte Jodmoleküle bleiben vonein ...
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Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Mathematics, Physics / astronomy
transregional, national
Research projects
German
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