Archive - Okt 9, 2007

Quecksilber kann auch mit 4 Partnern

Das letzte Mal, dass eine neue Oxidationsstufe für ein Element experimentell gefunden wurde, liegt schon fast 20 Jahre zurück. Jetzt ist es wieder soweit und das Periodensystem ist künftig mit anderen Augen zu betrachten: Schuld daran sind die Experimente von Chemikern aus Würzburg und Charlottesville an Quecksilber. <% image name="Quecksilberatom" %><p> <small> Ein Quecksilberatom in der Mitte, quadratisch um es herum angeordnet 4 Fluor-Atome. So sieht die neu gefundene Oxidationsstufe von Quecksilber aus. © Sebastian Riedel </small> Martin Kaupp vom Institut für Anorganische Chemie der Uni Würzburg hat schon 1993 vorausgesagt, dass es für Quecksilber eine weitere Oxidationsstufe geben müsse. Normalerweise ist das Element maximal zweiwertig, das heißt es verbindet sich nur mit 2 weiteren Atomen. Kaupp behauptete aber, dass auch die vierwertige Stufe in Form des Quecksilbertetrafluorids (HgF<small>4</small>) experimentell zugänglich sein sollte. Lester Andrews von der University of Virginia gelang es nun, zusammen mit Xuefang Wang das HgF<small>4</small> zweifelsfrei nachzuweisen, und zwar mit Unterstützung der Theoretiker aus Würzburg, welche die Identifizierung durch Berechnung der Schwingungsspektren möglich machten. Das Experiment muss bei weniger als minus 260 °C ablaufen - in dieser Kälte werden Edelgase zu Feststoffen. Die Chemiker verwendeten Neon, das nicht gerne chemisch reagiert, und bestückten es mit Hg-Atomen und F-Molekülen. Dann erwärmten sie das Ganze um einige Grad und belichteten es. Das bewirkt den Zerfall der F-Moleküle in Atome, die sich dann wiederum mit dem Quecksilber verbinden. Heraus kamen zu 90 % die bekannte Verbindung aus 1 Hg- und 2 F-Atomen (HgF<small>2</small>), zu etwa 10 % aber auch das bisher nie da gewesene HgF<small>4</small>. Eine praktische Anwendung gibt es dafür zwar noch nicht. Für das Periodensystem aber haben die Experimente Folgen: Die Elemente in der Gruppe 12 (Zink, Cadmium und Quecksilber) wurden bisher als so genannte Postübergangsmetalle oder "repräsentative Elemente" betrachtet. Nun aber kommt dem Quecksilber in dieser Gruppe eine Sonderposition zu, "es kann jetzt als Übergangsmetall aufgefasst werden, da es im HgF<small>4</small> d-Orbitale verwendet, die nur Übergangsmetallen zur Verfügung stehen", sagt Kaupp. Quecksilber kann auch mit 4 Partnern

Chemie-Nobelpreis 2007 geht an Gerhard Ertl

Der Forscher, der am Fritz Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin arbeitet, erhält die höchste wissenschaftliche Auszeichnung für Chemie. Seine Arbeit erkläre maßgeblich die chemischen Prozesse, die sich auf festen Oberflächen abspielen, so die Begründung der Schwedischen Akademie der Wissenschaften. Chemie-Nobelpreis 2007 geht an Gerhard Ertl <% image name="Gerhard_Ertl" %><p> <small> Rund 60 Jahre, nachdem Fritz Haber für die Ammoniaksynthese den Chemie-Nobelpreis erhielt, hat Gerhard Ertl gezeigt, wie ein Ammoniakkatalysator auf molekularer Ebene funktioniert. </small> "Gerhard Ertl hat die Basis für das Verständnis von industriellen Katalysatoren und katalytischen Prozessen gelegt", sagte Ferdi Schüth vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, ein Kollege des Nobelpreisträgers. "Sie kann uns helfen, so unterschiedliche Vorgänge wie die Arbeitsweise von Brennstoffzellen oder von Katalysatoren in unseren Autos zu verstehen." Oberflächenchemische Katalysatoren sind in vielen industriellen Verfahren ausschlaggebend, unter anderem bei der Herstellung von Kunstdünger. Mit der Oberflächenchemie lässt sich sogar der Abbau der Ozonschicht erklären.

DuPont erweitert Kevlar-Produktion für 500 Mio $

<a href=http://www.kevlar.com>DuPont</a> plant, mehr als 500 Mio $ in den Ausbau seiner Produktionskapazität für die Hochleistungsfaser Kevlar zu investieren. Der Ausbau soll in mehreren Stufen erfolgen. Noch heuer soll in einer ersten Phase mit der Erweiterung der Kapazität für Kevlar-Polymere in Richmond (Virginia) begonnen werden. <% image name="DuPont_Kevlar" %><p> <small> <b>Kevlar</b> war die erste Faser, die sowohl extrem reißfest als auch leicht ist. Die bekannteste Anwendung damit sind kugel- und stichsichere Schutzwesten. Zudem wird Kevlar bei explosions- oder sturmsicheren Konstruktionen, Flugzeugen sowie den Steigrohren in Bohrplattformen eingesetzt. </small> Insgesamt soll die Produktion um 25 % gesteigert werden. Es ist die größte Expansion für Kevlar seit dessen Einführung 1965 und soll 2010 abgeschlossen sein. "Mit dem zunehmenden Bedürfnis nach Schutz und Sicherheit ist die Nachfrage nach Kevlar weltweit gestiegen" so Thomas G. Powell, General Manager von DuPont Advanced Fiber Systems. "Zudem haben die hohen Energiepreise die Nachfrage in der Luftfahrt- und Autoindustrie sowie auf dem Öl- und Gassektor nach Kevlar angekurbelt." 2000-2006 hat DuPont bereits 4 Projekte zur Erweiterung der Kevlar-Kapazitäten in den Werken Richmond/USA und Maydown/Nordirland abgeschlossen. Die letzte beinhaltete auch eine von DuPont entwickelte und patentierte Neue Faser-Technologie (NFT), die zu innovativen Fasern führt und innovative Produktionsmöglichkeiten eröffnet. Sie ist ein wichtiger Baustein, um die zukünftigen Bedürfnisse der Märkte zu bedienen. Im August 2006 hatte DuPont zudem seine Pläne für den dreistufigen Ausbau der Kapazitäten für seine zweite Aramidfaser DuPont Nomex mit einem Investitionsvolumen von mehr als 100 Mio $ bekannt gegeben. Damit wird die Kapazität für Nomex-Fasern und Papiere um rund 10 % erhöht. Die erste Phase soll Ende des Jahres abgeschlossen sein. DuPont erweitert Kevlar-Produktion für 500 Mio $

Siemens liefert Flugstromvergasung nach China

<a href=http://www.powergeneration.siemens.de>Siemens Power Generation</a> hat aus China einen weiteren Auftrag zur Lieferung von 2 Flugstromvergasungs-Reaktoren mit einer thermischen Leistung von jeweils 500 MW erhalten. Auftraggeber ist Shanxi Lanhua Chemical Co. Ltd., eine Tochter des Lanhua-Konzerns. Die Reaktoren sind zur Herstellung von Synthesegas für die Ammoniakproduktion bestimmt. <% image name="Siemens_Kohle" %><p> <small> Energieversorgung mit Zukunft: Chemische Rohstoffe aus Kohle. </small> Der Auftrag für Siemens umfasst unter anderem die Lieferung der beiden Vergaser mit den zugehörigen Brennern sowie weiterer Schlüsselkomponenten. Darüber hinaus wurde ein Lizenzvertrag über die Nutzung der Siemens-Technologie abgeschlossen. Ab Mitte 2010 wird die Kohlevergasungsanlage im Süden der Provinz Shanxi in der Nähe von Jincheng City aus heimischer Steinkohle über 100.000 Nm³ Synthesegas/h für die Herstellung von Ammoniak bzw. Harnstoff liefern. Verfahren wie die Kohlevergasung bzw. -verflüssigung gewinnen derzeit dank relativ billiger Kohle an Bedeutung. Mit der 500-MW-Leistungsklasse konnte Siemens <a href=http://chemiereport.at/chemiereport/stories/5050>heuer</a> bereits einen Auftrag über die Lieferung von 5 Flugstromvergasungs-Reaktoren nach China vermelden. Auch in die <a href=http://chemiereport.at/chemiereport/stories/5139>USA</a> wird Siemens 2 Flugstromvergasungs-Reaktoren mit jeweils 500 MW bis 2010 liefern. Siemens liefert Flugstromvergasung nach China

Maßgeschneiderte PUR-Stoßstange für Audi R8

Gemeinsam mit <a href=http://www.wayand.de>WAYAND</a>, <a href=http://www.quarzwerke.com>Quarzwerke</a> und <a href=http://www.audi.de>Audi</a> entwickelte <a href=http://www.bayer-baysystems.com>Bayer MaterialScience</a> einen Polyurethan-Heckstoßfänger für den Mittelmotor-Sportwagens Audi R8. Maßgeschneiderte PUR-Stoßstange für Audi R8 <% image name="Bayer_Bayflex" %><p> <small> Der aus Überzug und Diffusor bestehende Heckstoßfänger hat eine Fläche von ca. 2 m². Seine Ausführung in Bayflex 180 ist allein schon wegen dieser Größe eine große konstruktive und verarbeitungstechnische Herausforderung. </small> Das Konzept sah eine leichte Lösung vor, die in punkto Passgenauigkeit und Oberflächenqualität höchsten Ansprüchen gerecht werden musste. Gefragt war zudem eine hohe Zähigkeit des Werkstoffs, um den Stoßfänger gegen Bagatell-Unfälle unempfindlich zu machen. Die Lösung: Als Lösung wurde eine maßgeschneiderte Variante von Bayflex 180 erarbeitet. Das Fahrzeugheck setzt sich aus 3 Komponenten zusammen - der Heckabschlussblende, an die der ausfahrbare Heckspoiler anschließt, dem Überzug, in den die Blenden der beiden Doppelendrohre und die Aufnahmen für die Querlamellen der beiden Luftöffnungen integriert sind, und dem Diffusor mit integrierter Nebelschlussleuchte, der in den Unterboden des Fahrzeugs überleitet. Der Überzug und der Diffusor werden als ZSB (Zusammenbau)-Heckstoßfänger bezeichnet. Diese Baugruppe hat eine Fläche von etwa 2 m². Eine Besonderheit der eingesetzten Materialeinstellung von Bayflex 180 ist der fein gemahlene Verstärkungsstoff Tremin 939-304, der von der Quarzwerke GmbH in Frechen hergestellt wird. Er trägt mit dazu bei, dass eine exzellente Bauteiloberfläche und ein ausgezeichnetes Lackierbild resultieren. Gleichzeitig sichert er die hohe Zähigkeit des PUR-Systems zwischen -30 bis 150 °C, was für eine hohe Unempfindlichkeit gegen Steinschlag sorgt. Vor allem im Bereich der Heckabschlussblende und des Überzugs waren die Anforderungen an die Passgenauigkeit hoch, um enge, optisch ansprechende Spaltmaße verwirklichen zu können. Hier erweisen sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Bayflex 180 als Vorteil. Sie reichen an diejenigen von Aluminium heran. Eine weitere Stärke des PUR-Systems ist das ausgezeichnete Fließverhalten, das große Designfreiheiten eröffnet. Dünnwandige und große Bauteile mit komplexen Geometrien sind in R-RIM-Technologie (Reinforced Reaction Injection Molding) wirtschaftlich umsetzbar. Die Wanddicken lassen sich flexibel variieren. Im Falle des Heckstoßfängers und der Heckabschlussblende – letztere wird ebenfalls aus Bayflex 180 gefertigt – liegen sie im Bereich der Befestigungen zwischen 2 und 5 mm, ansonsten &Oslash; bei 3,3 mm. <small> Bayer brachte in die Entwicklungskooperation umfangreiche Serviceleistungen ein. So wurden unter anderem für den PUR-Werkstoff die dehnratenabhängigen Materialkennwerte mit Hilfe von High Speed-Zugversuchen an Probekörpern ermittelt. Daraus lassen sich mit Simulationsprogrammen die Festigkeit, Energieaufnahme und dynamische Belastbarkeit des Heckstoßfängers berechnen und sein Crashverhalten realitätsnah beurteilen. Zum Service gehörten zudem Mold Flow-Berechnungen zur Optimierung des Fließverhaltens und des Angusskonzeptes. </small>

Strukturprognosen bei biologischen Nanomaterialien

Forschern ist es erstmals gelungen, mit atomistischen Berechnungen fundamentale Bruchmechanismen von biologischen Materialien zu erklären. Darauf aufbauend entwickelten sie eine Theorie, die es ermöglicht, die Festigkeit und Robustheit biologischer Nanostrukturen vorherzusagen. <% image name="Faltstruktur_Alzheimer_Proteinkristall" %><p> <small> Molekulare Faltstruktur von Alzheimer-Proteinkristallen. © Buehler </small> Warum ist Spinnenseide stärker als Stahl? Was macht Knochen so fest und verformbar zugleich? Wieso können Zellen auf ein vielfaches ihrer ursprünglichen Länge reversibel verformt werden? Und welche molekularen Mechanismen führen zu mechanischen Fehlfunktionen von Proteinen, was bei Krankheiten, vorzeitiger Alterung oder degenerativen Muskelerkrankungen eine zentrale Rolle spielt? Die Ursache dieser Phänomene sind <b>multifunktionale biologische Nanostrukturen</b>, deren Eigenschaften die Forscher in neuen Materialien nutzbar machen wollen bzw. mit ihnen auf neuen Wegen genetische Krankheiten zu heilen. Dabei verfolgt die Gruppe um Markus Buehler vom MIT und Theodor Ackbarow, Austauschstudent der Uni Stuttgart am MIT, einen Ansatz, bei dem das mechanische Verhalten auf atomarer Ebene durch Simulationen auf Hochleistungscomputern untersucht wird und Rückschlüsse auf makroskopische Beobachtung gezogen werden. Dabei ist jetzt ein Durchbruch gelungen. Erstmals konnten auf atomarer Ebene Deformationsmechanismen von Proteinmaterialien im Cytoskelett der Zelle und in Amyloid-Fasern, wie sie bei Alzheimer vorkommen, erklärt werden. "Das Besondere an biologischen Proteinmaterialien ist, dass sie meist aus sehr 'weichen' Wasserstoffbrücken aufgebaut sind", erklärt Ackbarow. Dennoch erreichen biologische Materialien hohe Festigkeiten, ähnlich derer von Glas oder Stahl. <b>Hierarchien als Designvariable.</b> Die Ergebnisse zeigen, dass hierarchische Materialstrukturen von Nano zu Makro der Schlüssel zum Erreichen dieser außergewöhnlichen Eigenschaften ist. Diese Strukturen erlauben es, scheinbar widersprüchliche Materialeigenschaften wie Festigkeit und Robustheit oder Selbstheilung und Selbstadaptation zu vereinen und die schwachen chemischen Bindungen zu verstärken. Die Forscher haben beobachtet, dass aufgrund der hierarchischen Struktur je nach Verformungsgeschwindigkeit verschiedene Deformations- und Bruchmechanismen auftreten. Wenn sich etwa eine Zelle aktiv verformt, treten Mechanismen auf, die dafür sorgen, dass das Gewebe weich bleibt und somit die Verformungen unter minimalem Energieaufwand möglich sind. Wirkt hingegen eine Schocklast auf das Gewebe ein, werden andere Bruchmechanismen aktiviert, die zu einer lokalen Verfestigung des Materials führen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen konnten die Forscher erstmals ein <b>Festigkeitsmodell</b> entwickeln, das es ermöglicht, ausschließlich aufgrund der Eigenschaften der chemischen Verbindungen und der Geometrie der Moleküle die mechanischen Eigenschaften von Proteinstrukturen vorherzusagen. Das ist der erste Schritt, um biologische Materialien zu entwickeln, die sich nicht nur selbst einer Belastung anpassen oder sich selbst regenerieren können, sondern auch bei moderaten Temperaturen herzustellen sind. Strukturprognosen bei biologischen Nanomaterialien

Lonza stellt Clonetics–Ratten-Herzmuskelzellen vor

Lonza gibt die Verfügbarkeit von <a href=http://www.lonzabioscience.com/prod.ratcmc>Clonetics</a> – neonatalen Ratten-Herzmuskelzellen für die Nutzung in der kardiovaskulären und toxikologischen Forschung - bekannt. Dabei handelt es sich um kryokonservierte Zellen, die aufgetaut werden können, um intakte, schlagende Herzmuskelzellen zu erhalten. Lonza stellt Clonetics–Ratten-Herzmuskelzellen vor <% image name="Kryokonservierung" %><p> <small><i> Kryokonservierung: In Behältern mit flüssigem Stickstoff werden Stammzellen bei knapp minus 200 °C konserviert. © Eccocell </i></small> Forschungslabore gelangen so an anwendungsbereite primäre Zellen, die für Experimente in Bereichen wie Zellkontraktion und -physiologie, Ionenkanal-Durchfluss, Lipidmetabolismus und Lipidtoxizität im Herzen, Herzverletzungen und kardiale Apoptose, Entzündungen, Hypertonie und Zytotoxizität verwendet werden können. Die neonatalen Ratten-Herzmuskelzellen sind ventrikuläre Myozyten, die aus Sprague-Dawley-Ratten, Tag P1-3, isoliert werden. Die Zellen haben nach dem Auftauen einen Reinheitsgrad von &#8805; 85% und eine Überlebensrate von &#8805; 80%. Sie testen positiv auf Färbungen für Actinin und sind elektrophysiologisch aktiv, wie ein Schlagen in vitro nach 24 h in Kultur zeigt. Die Zellen wurden getestet und sind garantiert frei von Mykoplasmen und Bakterien. Mittels eines Multi-Elektrodenarrays konnte bei diesen kryokonservierten Zellen eine mit frischen Zellen vergleichbare elektrische Aktivität aufgezeichnet werden. Zudem konnten entsprechende Reaktionen auf herzstimulierende Substanzen gezeigt werden. „Mit diesem Produkt lassen sich Schwierigkeiten beim Kauf von Ratten sowie den eigenen Präparationen und Isolierungen vermeiden. Kryokonservierte Zellen bieten eine bequeme und flexible Möglichkeit, Zellen dann zu benutzen, wenn die Experimente dafür bereit sind. Die Unterstützung für die kardiovaskuläre Forschung ist im letzten Jahrzehnt stark angestiegen. Diese neuen Ratten-Herzmuskelzellen sind ein In-vitro-Werkzeug, mit dessen Hilfe Forschungsprojekte beschleunigt und effektiv umgesetzt werden können“, so Shawn Cavanagh, Leiter von Lonza Bioscience.