 |
|
|
|
|
|
 |
 |
Neues aus der Welt der Wissenschaft |
|
|
|
|
|
|
Forscher erzeugen selbst organisierte Kristalle |
|
| | | Chemische Uhren gelten als Klassiker der Selbstorganisation. Deutschen Forscher ist es nun gelungen, solche chemischen Uhren mit der Kristallisation eines Salzes zu koppeln. Dadurch entstanden spontan Muster, die man in der Welt der Chemie bis dato nicht kannte. |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Diese Erkenntnisse könnten zur Entwicklung neuartig strukturierter Oberflächen führen, berichtet ein Team des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam.
|
|
Die Studie "Formation of self-organized, dynamic structure patterns of barium carbonate crystals in polymer controlled crystallization" von Tongxin Wang et al. erschien auf der Website von "Angewandte Chemie" (doi: 10.1002/anie.200601038 ). |
|
|
 Abstract |
|
|
|
|
|
|
Die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion |
|
| |
Oszillierende chemische Reaktionen, bei denen sich die Reaktionsprodukte periodisch und wiederkehrend ändern, sind von besonderem Interesse für die Wissenschaft. Ihr Verhalten ist unter anderem für die Chaosforschung von Bedeutung, denn solche Reaktionssysteme sind immer komplex und weit entfernt vom thermodynamischen Gleichgewicht.
Ein besonders bekanntes Beispiel ist die so genannte Belousov-Zhabotinsky-Reaktion. Bei dieser chemischen Uhr werden die Reaktionsprodukte einer gekoppelten Redoxreaktion über den Farbumschlag eines Indikators sichtbar gemacht - in einer Petrischale lassen sich typische Muster sich ausbreitender konzentrischer Kreise beobachten.
|
|
|
|
|
|
Konzentrische Muster |
|
| |
Räumlich oszillierende Reaktionen lassen sich mathematisch gut als so genannte Reaktions-Diffusions-Systeme beschreiben. Dies bedeutet, dass nicht nur die chemischen Reaktionen die Stoffmengen an einem bestimmten Punkt des Raumes beeinflussen, sondern auch die Diffusion, also der Stoffaustausch mit dem Nachbarraum.
Damit erhält man in Simulationsrechnungen die typischen konzentrischen Kreismuster einer Belousov-Zhabotinsky-Reaktion (siehe Bild rechts).
|
|
|
|
|
|
Koppelung an Kristallisation |
|
| |
Die Potsdamer Forscher wiesen erstmals nach, dass diese oszillierenden Reaktionen auch in Mehrphasen-Systeme ablaufen. Wesentlich dafür ist, dass in einem mehrstufigen Reaktionssystem entweder ein autokatalytischer oder autoinhibierender Reaktionsschritt formuliert werden kann. Dies führt zum Aufbau des oszillierenden Systems und damit letztlich zu der beobachteten Musterbildung.
Mit einem neu hergestellten Polymer erzeugten sie die typischen konzentrischen Kreismuster durch gesteuerte Kristallisation von Bariumkarbonat (siehe Bild rechts). Diese Muster stimmen sehr gut mit den durchgeführten Simulationsrechnungen überein.
|
|
|
|
|
|
Ähnliche Musterbildung bei Muscheln |
|
| |
Bemerkenswert ist, dass die länglichen kristallinen Strukturen, aus denen sich die Kreismuster aufbauen, selbst wieder aus Überstrukturen von Nanopartikeln bestehen, die durch Selbstorganisation entstanden sind (siehe Bild rechts). Diese Entdeckung ist nicht nur für die Erforschung von Reaktionen fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht von Bedeutung, sondern kann auch helfen, biologische Musterbildung zu erklären.
Ein Beispiel für biologische Selbstorganisation sind die Muster auf Muschelschalen, die wie im Modellsystem der Potsdamer Forscher über kontrollierte Kristallisation entstehen. Interessanterweise lassen sich auch diese Muster über Reaktions-Diffusions-Systeme mathematisch exakt nachbilden.
[science.ORF.at/MPG, 28.6.06]
|
|
|
01.01.2010 |
