Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Chemie der Kristallzüchtung Volker Majczan. Chemie in der Kristallzüchtung Bedeutung der Kristallisation in der Chemie Theoretische Grundlagen Mögliche.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Chemie der Kristallzüchtung Volker Majczan. Chemie in der Kristallzüchtung Bedeutung der Kristallisation in der Chemie Theoretische Grundlagen Mögliche."—  Präsentation transkript:

1 Chemie der Kristallzüchtung Volker Majczan

2 Chemie in der Kristallzüchtung Bedeutung der Kristallisation in der Chemie Theoretische Grundlagen Mögliche Züchtungsmethoden Beispiele für zwei Stoffklassen

3 Bedeutung der Kristallisation in der Chemie

4 Organische Chemie Reinsynthese Trennung von Enantiomeren Bedeutung der Kristallisation in der Chemie

5 Stoffkunde Einkristall-Röntgenstrukturanalyse Physikalische Eigenschaften neuer Stoffe Struktur-Eigenschafts-Beziehungen Bedeutung der Kristallisation in der Chemie

6 Grundzüge der Kristallzüchtung Chemische Kristallisation : a)Massenkristallisation b)Kristallisieren kleiner Einkristalle (Impflinge) c)Einkristallzüchtung Bedeutung der Kristallisation in der Chemie

7 Nutzen von Einkristallen Einkristallsynthese Festkörperphysikalische Untersuchungen Maßschneidern von Eigenschaften Bedeutung der Kristallisation in der Chemie

8 Theoretische Grundlagen des Kristallwachstums

9 Grundzüge Es werden ständig Kristallkeime Gebildet, die sich jedoch sofort wieder Auflösen (Elektrostatische Anziehung) Die Wahrscheinlichkeit der Keimbildung hängt von der Übersättigung der Mutterlösung (Phase) ab Bei spontaner Keimbildung entsteht eine neue Grenzfläche hohe Grenzflächenenergie Theoretische Grundlagen des Kristallwachstums

10 Grenzflächenenergie Wird minimiert –große Flächen geringe Energie –kleine Flächen hohe Energie Zu Beginn der Keimbildung aus Mutterphase (leichtes Abkühlen) Bei fertigen Keimen und Impflingen aus frei werdender Gitterenergie (Kristallisationswärme) Theoretische Grundlagen des Kristallwachstums

11 Freie Bindungsenthalpie Keim ΔG O = 4πr²σ -ΔG V = 4/3 πr³Δg ΔG = ΔG O - ΔG V Theoretische Grundlagen des Kristallwachstums

12 Darstellung der Kristallbildung Theoretische Grundlagen des Kristallwachstums

13 Phasendiagramme Experimentelle Kristallzüchtung erfordert genaue Kenntnis des betreffenden Phasendiagramms Zusätzliche Kenntnis des Ostwald-Miers- Bereich von Vorteil Theoretische Grundlagen des Kristallwachstums

14 Ostwald-Miers-Bereich Wenn die Phasengrenze überschritten wird kristallisiert ein Stoff nicht sofort aus (Grenzflächenenergie) Erst bei einer Stoff spezifischen Überschreitung kommt es zu spontaner Kristallisation Im Bereich zwischen der Phasengrenze und der Spontanen Kristallisation lassen sich kontrolliert Kristalle züchten ohne Störungen Theoretische Grundlagen des Kristallwachstums

15 Ostwald-Miers-Bereich Theoretische Grundlagen des Kristallwachstums

16 Experimentelle Methoden der Kristallisation

17 Kristallisation aus der Schmelze Zonenschmelzen (Si) Erstarren einer unterkühlten Lösung (Glas) Kristallisation aus der Gasphase Sublimation Chemischer Transport (Mond-Verfahren) Reaktive Abscheidung aus der Gasphase (CVD)

18 Kristallisation im festen Zustand Rekristallisation Entglasung Reaktive Festkörperdiffusion / Keramische Synthese Sol-Gel-Synthese Kristallisation durch Derrivatbildung Salzbildung Hydrochlorid Metallsalzkomplex Molekülverbindung Einschlußverbindung Experimentelle Methoden der Kristallisation

19 Kristallisation aus der Lösung Durch : Temperaturabsenkung Verdampfung Gründe : Isolierung des (synthetisierten) Produktes aus der Lösung (Ausfällen) Aufreinigung eines löslichen Feststoffs (Umkristallisieren)

20 Kristallisation aus der Lösung Vorteile : –Geringer Apparativer Aufwand –Geringe Kosten –Züchtung von großen Einkristallen –Viele Organische, Metallorganische und Anorganische Verbindungen sind nur über Lösungszüchtung zugänglich Experimentelle Methoden der Kristallisation

21 Beispiele für zwei Stoffklassen

22 Hochtemperatur-Supraleiter: Oxocuprate Stoffe der Zusammensetzung : La(2-x)MxCuO4(M = Ba,Sr) YBaCuO BiCaSrCuO TlCaBaCuO Hohe Sprungtemperatur zur Supraleitung ( K) Beispiele für zwei Stoffklassen

23 Hochtemperatur-Supraleiter: Oxocuprate Probleme : –Züchtung aus nichtstöchiometrischen Schmelzlösungen der Komponenten –Erschwert durch kinetisch langsame Reaktionsgleichgewichte –Bestimmte Flüssigphasen Korrodieren Tiegelmaterialien stark –Phasendiagrammsbestimmungen führen z.T. zu erheblichen Unterschieden der Phasengrenzen Beispiele für zwei Stoffklassen

24 Proteinkristallisation Keimbildung unterscheidet sich nicht grundsätzlich von kleineren Stoffen Unterschiede entstehen je nach Herkunft der Proteine und der Menge an gebundenem Wasser im Kristall (30 – 80 Vol %) Kristallisation aus Wasser (evtl. mit Salz zugaben als Fällungsmittel) Beispiele für zwei Stoffklassen

25 Proteinkristallisation Hauptunterschiede zu kleinen Molkülen sind : –Hohe Übersättigung wird benötigt –Langsame Induktionsperiode (bis zu 200 Tage für Lysozym) –r* ist 500 mal Größer (Molvolumen abbhängig) –Proteinkristalle wachsen wesentlich langsamer –Schlechte Reproduzierbarkeit (Verunreinigungen, Bakterien) Beispiele für zwei Stoffklassen

26 Proteinkristallisation Beispiele für zwei Stoffklassen 2 Methoden (heute) : hanging drop sitting drop Kristallisation durch Lösemittelentzug (diffusion)

27 Quellen Angewandte Chemie, 1994, 106, W.Kleber, Einführung in die Kristallographie, Oldenbourg (A.R.West, Basic Solid State Chemistry, Wiley) c.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/8/bc/vlu/proteinanalytik/proteinreinigu ng.vlu/Page/vsc/de/ch/8/bc/proteinanalytik/methoden_protein/krist allisation.vscml.html

28


Herunterladen ppt "Chemie der Kristallzüchtung Volker Majczan. Chemie in der Kristallzüchtung Bedeutung der Kristallisation in der Chemie Theoretische Grundlagen Mögliche."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen