Quantentunneln der Kohlensäure
Konformatives Tunneln ist ein weit verbreitetes, umweltabhängiges Phänomen.
Quantentunneln erlaubt die Umwandlung eines Moleküls in ein anderes, in dem es durch statt über eine Energiebarriere reagiert. Wie ein Forscherteam der Uni Gießen und der University of Georgia jetzt zeigen konnte, tritt Quantentunneln ständig in kohlensäurehaltigen Getränken auf. Das für die prickelnde Erfrischung verantwortliche Molekül – gasförmiges Kohlendioxid – bildet sich aus der schnellen Zersetzung der in diesen Getränken enthaltenen Kohlensäure. Sehr lange war man sich in der Wissenschaft nicht einig, ob es Kohlensäure in der Gasphase überhaupt gibt oder ob sie sich nicht extrem schnell in Kohlendioxid und Wasser zersetzt. Erste Hinweise auf die Gasphasenstabilität der Kohlensäure gab es 1987, die endgültige Bestätigung erfolgte aber erst im Jahr 2009.
Die Arbeitsgruppe von Peter Schreiner an der Uni Gießen hat unlängst einen neuen synthetischen Zugang zur gasförmigen Kohlensäure eröffnet und diese unter sehr kalten Bedingungen eingehend untersucht. Die Untersuchungen erfolgten bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und damit unter Bedingungen, wie man sie auch im Weltraum findet. Dabei fanden die Wissenschaftler zwei geometrische Isomere, deren gegenseitige Umwandlung über einen gewissen Zeitraum genau nachverfolgt werden konnte.
Es stellte sich heraus, dass das energetisch höher liegende Konformer sich in wenigen Stunden – abhängig von der exakten Temperatur und dem umgebenden Material – in das energetisch tiefer liegende Konformer umwandelt, obwohl hierfür nicht ausreichend Energie zur Verfügung steht. Qualitativ sehr hochwertige Berechnungen der Arbeitsgruppe von Wesley Allen an der University of Georgia zeigen, dass es sich hier um einen quantenmechanischen Tunnelprozess handeln muss.
Die komplexen Zerfalls- und Umwandlungsmechanismen wurden dabei mittels mathematischer Modelle, wie sie für das Domino-
JLU / RK
