Elektronendoppelbindung erstmals fotografiert
Fotografische Bestätigung der Benzol-Strukturformel
Erstmals ist es Forschern gelungen, die mit chemischen Reaktionen einhergehenden atomaren Veränderungen fotografisch zu dokumentieren. Dazu wurden Aufnahmen eines Rasterkraftmikroskopes mit einer Auflösung von ca. einem Angström (zehn Milliardstel Millimeter) miteinander verglichen.
Forscher der Universität von Kalifornien in Berkeley haben durch den direkten Vergleich von Rasterkraftmikroskopaufnahmen von Kohlenwasserstoffverbindungen vor und nach chemischen Reaktionen erstmals die Veränderungen von Atomen und Elektronenbindungen als Ergebnis dieser Reaktionen fotografisch abbilden können.
Ursprünglich ging es Felix Fischer vom Lawrence Berkeley National Laboratory darum, Nanostrukturen von Graphenen kontrolliert zu designen. Nicht im Bereich der gesteuerten Molekülkonstruktion gab es spektakuläre Versuchsergebnisse zu vermelden, sondern in Sachen fotografischer Abbildung von Benzolmolekülen, einzelner Atome und ihrer Bindungen. »Wir dachten nicht daran schöne Bilder zu machen, die Reaktionen selbst waren unser Ziel«, sagt Fischer. »Niemand hat je direkte, die Einzelbindung individueller Moleküle darstellende Bilder, unmittelbar vor und nach komplexen organischen Reaktionen gemacht«, sagt Fischer.
Graphene können als Transistoren oder andere Elemente kleinster elektronischer Geräte dienen, müssen aber, um als massenproduziertes Erzeugnis zu funktionieren, auf das Atom genau konstruiert sein. Fischer und Kollegen begannen die Konstruktion graphener Strukturen mittels Konvertierung linearer Kohlenstoffatomketten in hexagonale Schichten, die dann einer kontrollierten Reaktion unterworfen wurden.
Rasterkraftmikroskopaufnahmen funktionieren im Prinzip wie eine Plattenspielernadel in der Tonspur-Rille eines Tonträgers. Eine Sonde mit einem »Abtastdiamanten« in Form eines einzelnen Sauerstoffatoms gleitet über die Molekülstruktur und registriert dabei die Stärken der elektronischen Kräfte. Diese »Nadel» erspürt nicht nur einzelne Atome, sondern auch die Kräfte, die von deren Bindungen, den Elektronenkräften erzeugt werden.
Erstaunlich ist, dass Fischers Bilder der Benzolmoleküle im Wesentlichen die von den etablierten Textbuchstrukturformeln vorgeschlagene Molekülgeometrie des Benzols, das Hexagon, bestätigen, da für die Summenformel C6H6 über 200 Strukturformeln denkbar sind.
Von Gerhard Meyers Forschungsgruppe in Zürich erstmals erfolgreich angewandt, hat Fischer der Rasterkraftmikroskopie jedoch ein ganz neues Anwendungsfeld geschenkt, das zur Aufklärung von Sub-Nanometer-Strukturen in der Chemie sicher noch eine große Rolle spielen wird.
Lesen Sie mehr zum Thema
