Die physikalische Chemie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft im Grenzbereich zwischen Chemie und Physik, deren Themen über die klassischen Bereiche der jeweiligen Einzelwissenschaften hinausgehen. Während sich die präparative Chemie auf Fragen der Methodik der chemischen Synthese bekannter und neuer Stoffe konzentriert, versucht die physikalische Chemie, die Eigenschaften von Stoffen und deren Umwandlung zu beschreiben, indem sie Konzepte der Physik mit theoretischen und experimentellen Methoden auf Objekte der Chemie anwendet. Neben der organischen und anorganischen Chemie stellt die physikalische Chemie daher eine der drei Schlüsseldisziplinen der "klassischen" Chemie dar, da sie die theoretische Grundlage für die technische Chemie und die Verfahrenstechnik liefert. Ihr Wissen ist aber auch integraler Bestandteil vieler anderer Disziplinen und wird beispielsweise zur Beschreibung und zum Verständnis in der Biologie und Medizin, der Meteorologie sowie den Geowissenschaften genutzt. Aufgrund dieser großen Interdisziplinarität und der Anwendung zahlreicher physikalisch-chemischer Methoden in fast allen Bereichen der Chemie ist eine vollständige Beschreibung der Physikalischen Chemie als Profil kaum möglich, weshalb dieser Artikel ausdrücklich keinen Anspruch darauf erhebt.
Methoden-Profile
EPR-Spektroskopie
Was ist das?
- Die Elektronen Paramagnetische Resonanzspektroskopie gehört zusammen mit der NMR (Nukleare Magnetische Resonanz) Spektroskopie zur Gruppe der magnetischen Resonanzmethoden
- misst die resonante Mikrowellenabsorption einer paramagnetischen Probe in einem äußeren Magnetfeld (d.h. die Messung benötigt ungepaarte Elektronen)
Wofür?
- liefert Informationen über die elektronische/atomare Struktur und die chemische Umgebung (z. B. lokale Umgebungspolarität) der Probe
- zur Charakterisierung der Molekulardynamik auf der Zeitskala von ca. 10 ps-1 μs (lässt z. B. Rückschlüsse auf die lokale Nanoviskosität zu)
- für Abstandsmessungen im Bereich von etwa 1-8 nm
Welche Arten von Daten werden generiert?
- fast ausschließlich proprietäre Dateiformate (z.B. .spe oder .DTA/.DSC) der Firma "Bruker Corporation"
- Übertragung in offene Dateiformate (z.B. .txt oder .csv) entweder über Bruker-Software am Messgerät selbst oder über Tools wie SpinToolbox
- Auswertung der Daten mit Bruker-Software oder z.B. EasySpin als Open-Source-Toolbox für MATLAB
Wie wird es FAIR gemacht?
- die Dokumentation aller Forschungsdaten und Metadaten erfolgt digital mit einem geeigneten ELN (ggf. zusätzlich zu einem manuellen Laborjournal in Papierform)
- Versuchsbedingungen (z. B. Probenkonzentration, Lösungsmittel usw.) und Messparameter (z. B. Häufigkeit, Temperatur) werden im ELN notiert
- Beobachtungen, Abweichungen vom geplanten Messprotokoll oder andere Besonderheiten während der Messung ohne digitale Ausgabe (d. h. ohne Datendateien) werden manuell zum ELN-Eintrag des Experiments hinzugefügt
- erhaltene unbearbeitete Rohdateien von Messungen werden in offenen Dateiformaten in ELN hochgeladen und direkt an den jeweiligen ELN-Eintrag des Experiments angehängt, einschließlich Metadaten mit Daten zum Instrument (z. B.
- Temperatur oder Lösungsmittel der Messung, folgen gängigen Metadaten-Standards
- die Forschungsdaten werden mit offenen, nicht-proprietären Softwaretools verarbeitet, analysiert und verglichen
- gleichzeitig mit der Veröffentlichung als Forschungsartikel in einer wissenschaftlichen Zeitschrift werden die zugrundeliegenden Forschungsdaten in einem offenen Forschungsdaten-Repositorium veröffentlicht und mit dem Artikel verlinkt (einschließlich semantisch reichhaltig annotierter Roh- und verarbeiteter Daten in offenen Datenformaten zur Wiederverwendung)
- ein eindeutiger persistent identifier (z. B. DOI) wird für jeden Datensatz sowie für die Zeitschriftenveröffentlichung erstellt
Quantenmechanische (QM) Berechnungen
Was ist das?
- Quanten-Mechanische Berechnungen sind eines der wichtigsten Berechnungsinstrumente, um molekulare Eigenschaften auf der Grundlage erster Prinzipien zu ergründen
- Die Lösung der Schrödinger-Gleichung liefert die elektronische Energie eines Moleküls/Molekülsystems, aus der sich die Eigenschaften als Ableitungen höherer Ordnung ableiten lassen. Deskriptoren können auch aus Orbital-/Dichtedaten berechnet werden, die ebenfalls verfügbar sind