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Blickpunkt Anorganik
ArtikelNachrichten aus der Chemie
Festkörperchemie umfasst schon lange mehr als diffusionsgesteuerte Reaktionen zweier oder mehrerer Festkörper. Insbesondere nasschemisch gestützte Hybridmethoden steigern stetig Phasenvielfalt und -kontrolle. Dies zeigt sich vor allem bei carbidischen und nitridischen Materialien. Festkörperchemie bedeutet für viele Menschen diffusionsgesteuerte Reaktionen fester Reaktionspartner: shake-n-bake. Die Reaktionen laufen häufig bei Temperaturen über 1000 °C ab und dauern mehrere Stunden bis hin zu Wochen. Diese klassischen Hochtemperatur-Festkörperreaktionen waren und sind wertvoll, dennoch ist ihre Zeit- und Energieeffizienz verbesserungswürdig.
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Metalle sind typischerweise weniger temperatur- und oxidationsbeständig als Keramiken. Aber sie leiten Strom und Wärme besser. Eine Substanzklasse vereint die Charakteristika beider Materialklassen: Carbid- und Nitrid-Schichtverbindungen aus der Familie der MAX-Phasen. Keramiken sind oft anorganische Oxide. Es gibt aber auch sauerstofffreie Varianten. Die bekanntesten sind Siliciumcarbid und Bornitrid – nichtmetallisch und mit klassischen Keramikeigenschaften: Sie widerstehen hoher Temperatur und Korrosion. Die Vielfalt der anorganischen Verbindungen hat die Trennung zwischen Metall und Keramik aufgeweicht, denn eine stetig wachsende Substanz
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Werden bestimmte Materialien mit Licht bestrahlt, trennen sich in ihnen die Ladungen. Hält die Trennung lang genug, eignet sich das als Solarbatterie – ein Bauteil, das Sonnenenergie gleichzeitig verwertet und speichert. Nicht nur das: Manche der Substanzen können auch im Dunkeln Wasser spalten. Sonnenenergie ist eine nachhaltige Energiequelle, zumindest, wenn die Erdoberfläche der Sonne zugewandt ist. In der Nacht sieht es da im Wortsinn düster aus. Doch die Biologie nutzt Solarenergie rund um die Uhr: Bei Tag findet die Lichtreaktion der Photosynthese statt, bei Nacht arbeiten die dabei gebildeten chemischen Energieträger und Reduktionsmitt
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Sind Festkörper einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt, passiert nichts bis sehr viel – abhängig von Form und Eigenschaften der Substanz. Festkörper, die sich effizient erwärmen, sind für die anorganische Chemie besonders spannend. Was geschieht beim Bestrahlen, wo liegen die Schwierigkeiten und wofür lassen sich die Prozesse nutzen? Dass elektromagnetische Strahlung Lebensmittel erwärmt, wurde durch Zufall während des zweiten Weltkriegs entdeckt. Ein Schokoriegel schmolz in der Hosentasche eines Ingenieurs der Firma Raytheon, der an einer Radaranlage arbeitete. Daraufhin patentierte die Firma die Technik und brachte den ersten Mikrowellenreak
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Mit oder ohne Sprudel? Permanent poröse Flüssigkeiten nehmen Gase in ihre Poren auf und setzen diese wieder frei – es gibt sogar wässrige poröse Materialien. Wichtige Bestandteile der neuen Materialklasse: anorganische Koordinationskäfige und Gerüstverbindungen sowie ionischen Flüssigkeiten. Um poröse Materialien herzustellen, sind Flüssigkeiten oft essenziell. Sie dienen als Lösungsmittel und oft als Templat, damit sich Poren bilden können. Dennoch ist das Schicksal der Flüssigkeiten in der Regel das gleiche: Nach der Synthese werden sie aus den Poren entfernt, damit diese sich anderweitig nutzen lassen. Für die fertigen porösen Materialien
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Manche Synthesen erfordern ungewöhnliche Reaktionstechniken oder Versuchsaufbauten – da läuft auch mal ein Küchenmixer im Labor. Und was klassisch in homogener Lösung in einem organischen Lösemittel unter Rückfluss reagiert, kann auch mechanochemisch in einer Kugelmühle funktionieren. So lassen sich sogar Moleküle realisieren, die als in Lösung unmöglich herstellbar gelten. Für Reduktionen wird in der anorganischen Molekülchemie oft Natrium oder Kalium genutzt. Beide Alkalimetalle lagern meist unter Mineralöl und lassen sich mit dem Messer schneiden. Waschen mit aliphatischen Lösemitteln wie n-Hexan entfernt das Öl und liefert sauberes Metall
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Manche Polymere haben ein anorganisches Rückgrat, gleichen aber in ihrer Elektronenkonfiguration oder Geometrie kohlenstoffbasierten Kunststoffen. Aus manchen dieser Hauptgruppenelement-basierten Materialien lassen sich Block-Copolymere oder Wirkstoffträger synthetisieren, und einige sind sogar einfacher herzustellen als ihre Kohlenstoff-Pendants. Anfang des 20. Jahrhunderts befasste sich der englische Chemiker Frederic S. Kipping mit der Chemie des Elements Silicium, dessen Nutzen für die organische Chemie damals weitgehend unerforscht war. Bei dem Versuch, Verbindungen mit Si-C-Bindung zu synthetisieren, erhielt er oft harzige Substanzen, d
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„Nur während der ruhigen Zeit zwischen den Jahren, wenn niemand im Labor ist, können die Kristalle schön wachsen“, heißt es, oder „Bestimmte Kristalle wachsen nur im Winter im dunklen, kalten Kühlschrank“. Manche verlassen sich auf Fliegenbeine als Kristallisationskeime oder stellen Kristallansätze offen auf die Fensterbank. Tipps und Tricks, um Kristalle herzustellen. Warum sind Einkristalle in der anorganischen Molekülchemie so wichtig? Ganz einfach: Aus ihnen lassen sich Molekülstrukturen erhalten und die Anordnung der Atome dreidimensional abbilden. Als Beispiel zeigt Abbildung 1 rote hexagonale Einkristalle und die Kristallstruktur der p
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Photochemische Prozesse finden in Synthese, Oleds und katalytischen Prozessen statt. 3d-Übergangsmetalle wie Eisen können die Farbstoffe und Photosensibilisatoren aus Schwermetallen ablösen. Zur Photochemie gehören lichtgetriebene chemische Reaktionen und Katalysen in Labors. Darüber hinaus finden photochemische Prozesse in Photovoltaik und Oleds statt sowie in medizinischen Anwendungen wie der photodynamischen Chemotherapie. Treibt die Sonne photochemische Prozesse an, schont das Ressourcen. Allerdings benötigen die etablierten Farbstoffe und Lichtsensibilisatoren (photosensitizer) seltene und teure Schwermetalle. Bislang kamen vor allem Iri
