Atome können Bindungen eingehen, entdecken Forscher
Das Molekül "Beryllium-Dimer" war Chemikern lange Jahre ein Rätsel. In bisherigen Messungen wurden bereits 11 Schwingungsebenen identifiziert, jetzt entdeckte ein amerikanisch-tschechisches Forscherteam eine 12. Ebene. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachblatt Science. Beryllium-Dimer besteht aus zwei Atomen. Beryllium ist ein aus Mineralien gewonnenes, hartes, toxisches Leichtmetall, das als Legierung mit anderen Metallen verschiedenen Anwendungen dient, beispielsweise der Herstellung von Nuklearwaffen, erklärten Dr. Krzysztof Szalewicz und Dr. Konrad Patkowski von der Universität Delaware, Vereinigte Staaten, und Vladim¡r Spirko, Chemiker an der Tschechischen Akademie der Wissenschaften. Lange Zeit waren die Forscher davon ausgegangen, dass die beiden Beryllium-Dimer-Atome einander abstoßen. Studienleiter Dr. Patkowski, erklärte hierzu, dass diese Vorstellung auf einer chemischen Theorie basierte, der zufolge Elektronen eines Moleküls verschiedene Orbitale besetzen. Vor 40 Jahren allerdings entdeckten Forscher, dass die beiden Atome doch eine Bindung eingehen. Untersuchungen der Kräfte, die der Bindung der beiden Beryllium-Atome zugrunde liegen, führten jedoch zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen. Im Mai 2009 schließlich identifizierte eine Arbeitsgruppe der Universität Emory, Vereinigte Staaten, die Schwingungsenergie der gebundenen Atome auf 11 Schwingungsebenen. Somit war es endlich gelungen, die theoretischen und experimentellen Modelle in Einklang zu bringen. "Da Moleküle schwingen, verändert sich ständig der Abstand zwischen den Atomen. Es ist praktisch unmöglich, dass ein Molekül gar nicht schwingt", sagte Dr. Patkowski. "Je mehr Schwingungsenergie ein Molekül besitzt, desto größer ist die Abweichung seiner Atome von der Gleichgewichtslage." In ihrer jüngsten Studie bestätigten die Forscher die Existenz einer 12. und höchsten Schwingungsebene für das Beryllium-Molekül. Zum Großteil war dies den "Morphing"-Versuchen von Dr. Spirko zu verdanken. Durch Morphing könne man einfache Veränderungen an der theoretischen Energiekurve der Wechselwirkung vornehmen und sie auf diese Weise den experimentellen Ergebnissen annähern, so die Forscher der Arbeitsgruppe. "Dementsprechend veränderte Versionen dieser potenziellen Energie können, sobald sie den experimentellen Daten angeglichen sind, ziemlich genau die beobachteten Spektren reproduzieren", erklärten sie. "Die Ergebnisse [des Emory-Teams] bestätigten unsere eigenen Forschungen, und wir waren wirklich froh, die bisherigen Widersprüche zwischen experimentellen und theoretischen Ergebnissen schwinden zu sehen", sagte Dr. Patkowski. "Ihre Ergebnisse zeigten uns, dass wir auf dem richtigen Weg waren." "Normalerweise dient das Beryllium-Dimer in der experimentellen und theoretischen Physik zu Vergleichsstudien", wie er hervorhob. "Es handelt sich hierbei um ein kleines und risikoreiches Prototypensystem, was sowohl für experimentelle Studien gilt, da es sehr toxisch und reaktiv ist, als auch für theoretische Studien, da herkömmliche quantenchemische Methoden hier nicht besonders gut funktionieren", fügte er hinzu. "Interessant ist das Molekül vor allem deshalb, weil unseren chemischen Grundkenntnissen zufolge die Atome keine Bindung eingehen können - und doch tun sie es - und zwar eine ziemlich starke Bindung. Somit haben wir ein ausgezeichnetes Modell, an dem neue Theorien der Molekularphysik entwickelt werden können." Die Studie wurde zum Teil von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften und dem Ministerium für Bildung, Jugend und Sport der Tschechischen Republik finanziert.
Länder
Tschechien, Vereinigte Staaten