CHEMISCHE REAKTIONEN - MOLEKULAR GESTEUERT?
Aus dem Forschungsprogramm des Lehrstuhls für Theoretische Chemie
haben, und sie macht auch umfassend Gebrauch von den modernen Hilfsmitteln der Visualisierung und Simulation, wie Molekülgrafik oder Molecular Modelling. Die Entwicklung wird jedoch nicht allein durch die wachsenden technischen Möglichkeiten, sondern vielmehr durch neue theoretische Konzepte und Methoden geprägt.
Das Forschungsprogramm der Gruppe ist so angelegt, daß zu allen genannten Aufgaben Beiträge geleistet werden können, und zwar auf einem Gebiet, das man seit etwa zehn Jahren als molekulare Reaktionsdynamik bezeichnet und das sich mit den bei chemischen Reaktionen vor sich gehenden molekularen Elementarprozessen befaßt. Dabei'interessieren Fragen wie: Welche Wechselwirkungskräfte bestimmen Mechanismus und Ablauf eines Prozesses und wie hängen diese Kräfte von der Struktur der beteiligten Moleküle ab? Welche Rolle spielen Anregungen bestimmter Bewegungen der reagierenden Moleküle? Wie lassen sich Erkenntnisse zu den beiden erstgenannten FYagen zur Entwicklung vereinfachter, aber dennoch zuverlässiger Berechnungsverfahren ausnutzen? Die Strategie dabei ist, grundlegende Phäno
Diskussion am Computer: Prof. Dr. Lutz Zülicke und Gastwissenschaftierin Francesca Ragnetti von der Universität Rom. Foto: Fritze
nen Grund natürlich auch darin, daß dafür die leistungsfähigsten, genauesten Methoden einzusetzen sind, ohne gar zu lange Rechenzeiten in Kauf nehmen zu müssen. Einen Schwerpunkt der Arbeiten bilden Untersuchungen der Struktur, der Spektren und der Fragmentierungsprozesse gewisser Verbindungen, die in der Chemie der oberen Erdatmosphäre und in der Astrochemie eine Rolle spielen. So wird vermutet, daß die Radikale FCO und CICO bei den durch FCKW (Fluor-Chlor-Kohlen- wasserstoffe) ausgelösten Prozessen des Ozonabbaus auftreten. Über beide Spezies ist sehr wenig bekannt, und es besteht großes Interesse daran, zuverlässige Informationen über ihre Spektren und ihr Reaktionsverhalten zu bekommen, um sie sicher nachweisen und mögliche Reaktionsabläufe in der oberen Erdatmosphäre simulieren zu können. Es gelang den Potsdamer Theoretikern, im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts in Zusammenarbeit mit Färtnern an der Universität Bonn spektroskopische Daten für die beiden genannten Radikale vorauszusagen und auch erste Ergebnisse von Abschätzungen der Geschwindigkeit ihres Zerfalls zu erhalten.
Das gleiche Projekt umfaßt auch Arbeiten in Kooperation mit Partnern an der Universität Leiden über die Photodissoziation von Radikalen. Hier interessiert u.a. das NH 2 -Radikal, das in interstellaren Wolken und in der Koma von Kometen auftntt und dessen Photodissoziationsrate man kennen muß, um Rückschlüsse auf die Entstehungsgeschichte der Kometen ziehen zu können. Da diesen Daten experimentell schwer beizukommen ist, fällt theoretischen Voraussagen eine Schlüsselrolle zu.
Seit 1993 gibt es an der Universität Potsdam eine Theoretische Chemie, so wie dieses Fach an den meisten deutschen Universitäten heute zum festen Bestandteil des Fächerspektrums der Chemie gehört. Das Gebiet umfaßt alle Konzeptionen und Methoden, die in ihrer Gesamtheit die chemischen Phänomene beschreiben, von mikroskopischen (molekularen) bis zu makroskopischen Dimensionen, und es besitzt einen interdisziplinären Charakter, indem Chemie, Physik, Mathematik und Informatik ineinander- greifen. Die Forschungsgruppe des Lehrstuhlinhabers, Prof. Dr. Lutz Zülicke, hervorgegangen aus einem der ehemaligen chemischen Akademie-Institute in Berlin- Adlershof, befaßt sich mit „molekularer Chemie“, also mit chemischen Strukturen und Prozessen auf molekularer Ebene.
In der Theoretischen Chemie kommt es zunächst darauf an, die grundlegenden chemischen Phänomene zu verstehen und die ungeheure Vielfalt des chemischen Erfahrungs- und Datenmaterials, man denke nur an die strukturelle Vielgestaltigkeit von Molekülen,' zu systematisieren. Die Tragfähigkeit der methodischen Basis zeigt sich dann darin, daß auch „ungewöhnliche" Strukturen und Wechselwirkungen, die den traditionellen chemischen Regeln nicht entsprechen, einbezogen werden können. Solche Fälle treten beim Vordringen in Bereiche, in denen chemische Prozesse unter extremen Bedingungen ablaufen, etwa bei hohen Temperaturen, in starken Strahlungsfeldern oder im Weltraum häufig auf.
Eine wesentliche Aufgabe besteht ferner in der Auswertung des Informationsgehalts instrumental-analytischer Meßgrößen. Und schließlich muß die Theorie zu Voraussagen fähig sein - nicht um das Experiment überflüssig zu machen, sondern als methodische Alternative dort, wo Experimente zu schwierig, zu aufwendig und damit zu teuer oder gegenwärtig überhaupt noch nicht durchführbar sind. Die Lösung dieser Aufgaben erfordert methodisch komplizierte und sehr umfangreiche Berechnungen. Die Theoretische Chemie gehört daher zu den Disziplinen, die viel von der rasanten Entwicklung der Computer- und Kommunikationstechnik profitiert
mene anhand von Fallstudien an interessanten konkreten Systemen zu untersuchen. Als solche wählten die Wissenschaftler kleine Moleküle, elektrisch neutral oder geladen, die als Zwischenprodukte in verschiedenen praktisch relevanten Reaktionen auftreten oder zumindest vermutet werden und über die man bisher wenig weiß. Daß kleine, vornehmlich dreiatomige Systeme im Vordergrund stehen, hat sei
Einen weiteren langjährigen Arbeitsschwerpunkt bilden Wechselwirkungen in elektrisch geladenen molekularen Systemen. Solche Ionen sind nahezu allgegenwärtig in Natur und Technik. Man findet sie im Weltraum, in Flüssigkeiten, in heißen Gasen und Plasmen. Gegenwärtig laufen, ebenfalls unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, Arbeiten über Strukturen und Zerfallsprozesse von kat-
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