Home
http://www.faz.net/-gwz-72y3z
HERAUSGEGEBEN VON WERNER D'INKA, JÜRGEN KAUBE, BERTHOLD KOHLER, HOLGER STELTZNER

Veröffentlicht: 22.09.2012, 06:00 Uhr

Mikroskopie Zoom in die Tiefe

Scharfer Blick auf ein einzelnes Molekül: Mit der Rasterkraftmikrospkopie lässt sich inzwischen auch die Natur der chemischen Bindung ertasten.

© IBM Hexabenzocoronen abgetastet von einem Kraftmikroskop

An eine farbige Kernspinaufnahme erinnert dieses ungewöhnlich scharfe Abbild eines polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff-Moleküls, das Wissenschaftler vom IBM-Forschungszentrum in Rüschlikon bei Zürich mit einem hochauflösenden Kraftmikroskop angefertigt haben. Die Aufnahme hat recht große Ähnlichkeit mit den bekannten idealisierten Molekülmodellen in den Chemie-Lehrbüchern. Deutlich zu erkennen sind die 13 sechseckigen Kohlenstoffringe des nur ein Nanometer (Millionstel Millimeter) großen Hexabenzocoronen-Moleküls. An jeder Ecke sitzt ein Kohlenstoffatom.

Hexabenzocoronen-Molekül: Natur und Wissenschaft, Physik und Chemie © IBM Vergrößern Hexabenzocoronen-Molekül als Modell

Manfred Lindinger Folgen:

Scharfe Sechsecke

In dem organischen Molekül treten chemische Bindungen mit verschiedenen Bindungsordnungen zwischen eins und zwei auf - also Einfachbindungen, Doppelbindungen und Überlagerungen davon -, was die Forscher um Gerhard Meyer an der Verteilung der Elektronendichte erkennen können. Den roten Stellen entsprechen zum Beispiel Zwischenräume, in denen sich keine Atome befinden. Dort ist  die Elektronendichte im Vergleich zu den grünen Bereichen  eher niedrig. Auffällig sind auch die abgerundeten Stellen der peripheren Hexagone. Dort hängt an  jedem Kohlenstoffatom ein Wasserstoffatom.

Mehr zum Thema

  

Kohlenmonoxid als Sonde

Für die Aufnahme, die rund eine halbe Stunde in Anspruch genommen hat, wurde die schnell oszillierende Spitze des Kraftmikroskops extrem dicht an die Probe herangeführt, ohne diese zu berühren. Dabei tauchte die Spitze sogar in die Elektronenwolke ein, die das Molekül umgab. Damit das zu untersuchende Molekül nicht an der Nadel haften blieb, hat man zum Abtasten an die Spitze ein widerstandsfähiges Kohlenmonoxidmolekül geheftet.

Rasterkraftmikroskop: Natur und Wissenschaft, Physik und Chemie © IBM Vergrößern Federbalken mit winziger Siliziumspitze eines Rasterkraftmikroskops

Atomare Bildhauerei

Aus den geringen Kräften, die zwischen den Atomen der Probe und der Spitze wirkten, konnten Meyer und seine Kollegen die Struktur des Hexabenzocoronens schließlich rekonstruieren (“Science“, Bd. 337, S. 1326). Außerdem ließen sich aus der Aufnahme die Längen der Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen ermitteln, und unterscheiden, um welche Art von Bindung es sich handelte. Die Forscher konnten dabei Längenunterschiede der verschiedenen Bindungen von nur drei Milliardstel Millimeter - dem Hundertstel Durchmesser eines Atoms - ausmachen. „Der laterale Kontrast wird durch die seitliche Auslenkung des Kohlenmonoxid-Moleküls verstärkt, wenn die Spitze über eine chemische Bindung geführt wird,“ erklärt Bruno Schuler von IBM, Mitautor der Studie. Genau über der Bindung ist die Abstoßung durch die Van-der-Waals-Kräfte zwischen Probe und Spitze am größten, was sich in der Oszillation des Federbalkens des Kraftmikroskops bemerkbar macht.

Wundermaterial Graphen

Die Wissenschaftler verwendeten für ihre Versuche, die bei minus 268 Grad und unter extrem guten Vakuumbedingungen ausgeführt wurden, neben fußballförmigen Fullerenmolekülen, bewusst die flachen polyzyklischen Aromate, da sie weniger störende Untergrundsignale erzeugten. Obendrein hat die Struktur des Hexabenzocoronens große Ähnlichkeit mit Graphen. Diese einlagigen Graphitschichten gelten als „Wundermaterial“, da sie ungewöhnliche elektrische und mechanische Eigenschaften besitzen. 

Quelle: F.A.Z.

 

Hier können Sie die Rechte an diesem Artikel erwerben

Weitere Empfehlungen
Netzrätsel Aus Freude am Molekül

Es gibt so gut wie nichts, was es nicht gibt im Netz der Netze: Geniales, Interessantes, Nützliches und herrlich Überflüssiges. Diesmal: das Molekül des Monats. Mehr Von Jochen Reinecke

31.01.2016, 08:00 Uhr | Wissen
Pjöngjang Nordkorea drohen nach Atomtest harte Sanktionen

Amerika und Südkorea haben nach dem neuen Atomtest Nordkoreas harte Sanktionen gegen das kommunistische Land angekündigt. Nordkorea hatte mitgeteilt, erfolgreich eine Wasserstoffbombe getestet zu haben und damit international für Empörung gesorgt. In den Straßen von Pjöngjang äußern die Menschen hingegen Bewunderung. Mehr

17.01.2016, 10:45 Uhr | Politik
Kuriose Quantenwelt Der Knotentrick aus dem Quantenhut

Es klingt wie Zauberei: Mit extrem frostigen Atomen lassen sich nun seltsam verschlungene Gebilde knüpfen, die keinen Anfang und kein Ende besitzen. Mehr Von Manfred Lindinger

02.02.2016, 11:38 Uhr | Wissen
Doppelt gut Zwillinge als Spitzenköche

Die Boxy-Zwillinge gehören zu den berühmtesten Spitzenköchen Belgiens. Sie führen ein Catering-Unternehmen, schreiben Kochbücher und haben eigene TV-Shows. Ihre Ähnlichkeit nutzen sie geschickt als Marketingstrategie. Mehr

04.02.2016, 18:41 Uhr | Gesellschaft
Sicherheitskonferenz Wer kommt, wer fernbleibt

Die Lage in Syrien, die Flüchtlingskrise und der Kampf gegen den Terror werden in diesem Jahr die Münchner Sicherheitskonferenz dominieren. Dem entsprechend entsenden besonders die westlichen Staaten ranghohe Vertreter. Mehr

11.02.2016, 15:39 Uhr | Politik