Forschungsmodul Inorganic Chemistry - Cheatsheet

Röntgenkristallographie: Prinzipien und Anwendungen

Definition:

Bestimmung der dreidimensionalen Struktur von kristallinen Festkörpern durch Beugung von Röntgenstrahlen, die auf die Atomanordnung schließen lassen.

Details:

• Grundprinzip: Interferenzmuster von Röntgenstrahlen und Bragg'sches Gesetz.
• Prozess: Kristallpräparation, Strahlenquelle, Detektion von Beugungsmustern.
• Bragg'sches Gesetz: \[n \lambda = 2d \sin(\theta)\]
• Auswertung der Beugungsdaten: Fourier-Transformation zur Elektronendichteverteilung.
• Anwendungen: Strukturanalyse von Proteinen, Medikamenten, anorganischen und organischen Molekülen.
• Ergebnisse: Ermittlung der Bindungslängen, Bindungswinkel, und Kristallfehler.

Kristallgitterparameter: Bestimmung und Interpretation

Definition:

Parameter eines Kristallgitters; notwendig für die Beschreibung der kristallinen Struktur.

Details:

• Basisparameter: Gitterkonstanten (\textit{a}, \textit{b}, \textit{c}); Winkel (\textit{α}, \textit{β}, \textit{γ})
• Methoden zur Bestimmung: Röntgenbeugung, Neutronenbeugung, Elektronenbeugung
• Interpretation für die Materialeigenschaften entscheidend: Dichte, Symmetrie, Bindungslängen
• Beziehungen: Gitterparameter beeinflussen physikalische Eigenschaften (z.B. optische Eigenschaften, magnetische Eigenschaften)

Synthese anorganischer Verbindungen: Schlenk-Techniken und Handschuhboxen

Definition:

Syntheseverfahren für sauerstoff- und feuchtigkeitsempfindliche anorganische Verbindungen.

Details:

• Schlenk-Techniken: Arbeiten unter Stickstoff- oder Argonatmosphäre
• Glasgeräte mit Seitenarm und Hahn
• Vakuum und Inertgas zur Entfernung von Luft und Feuchtigkeit
• Handschuhboxen: Hermetisch abgeschlossene Arbeitskammer
• Reinraumatmosphäre: Stickstoff oder Argon
• Kontrollierter Zugang über Schleusen
• Verwendung zur Vermeidung von Kontamination

IR- und NMR-Spektroskopie: Betriebsarten und Datenauswertung

Definition:

IR- und NMR-Spektroskopie zur Untersuchung molekularer Strukturen und Dynamiken; bezieht sich auf unterschiedliche Betriebsmodi und Methoden zur Datenanalytik.

Details:

• IR-Spektroskopie: Infrarot-Spektroskopie zur Analyse von Molekülschwingungen und Bindungen.
• NMR-Spektroskopie: Kernspinresonanz zur Untersuchung von Kernumgebungen und Molekülstrukturen.
• Betriebsarten: FT-IR, dispersive IR, 1H-NMR, 13C-NMR
• Datenanalyse: Frequenz- und Intensitätsinterpretation in IR; chemische Verschiebung (\delta\), Kopplungskonstanten (J), und Multiplet-Splitting in NMR.

Massenspektrometrie: Anwendung in der anorganischen Chemie

Definition:

Analyse der Elementzusammensetzung, der Isotopenverhältnisse und der Struktur von anorganischen Verbindungen.

Details:

• Identifizierung von Elementen und deren Isotopen
• Bestimmung der Molekülmasse von anorganischen Verbindungen
• Ermittlung der Zusammensetzung komplexer Materialien
• Analysetechniken:
  • Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS)
  • Elektronenionisations-Massenspektrometrie (EI-MS)
• Datenauswertung: Massen-zu-Ladung-Verhältnis (m/z)

Synthesemethoden in der Festkörperchemie: Techniken und Beispiele

Definition:

Methoden zur Herstellung und Untersuchung von Festkörpern.

Details:

• Festphasensynthese: Mischung der Ausgangsstoffe, Erhitzen, um gewünschte Verbindung zu bilden.
• Veraschung: Zersetzen organischer Verbindungen durch Erhitzen.
• Sol-Gel-Prozess: Übergang eines Sols in ein Gel zur Herstellung von Oxiden.
• Hydrothermalsynthese: Durchführung chemischer Reaktionen in wässrigen Lösungen bei hohen Temperaturen und Drücken.
• Hochtemperatursynthese: Erhitzen von Feststoffen bei hohen Temperaturen (z.B., Verbindungen aus Carbiden oder Nitriden).
• Chemische Gasphasenabscheidung (CVD): Abscheidung von Feststoffen aus der Gasphase.
• Mikrowellensynthese: Verwendung von Mikrowellenstrahlung zum Aufheizen und Reagieren von Materialien.
• Mechanochemische Methoden: Verwendung mechanischer Kräfte zur Auslösung chemischer Reaktionen (z.B. Kugelmühlen).

Charakterisierung von Feststoffen: Methoden und Anwendungen

Definition:

Charakterisierung von Feststoffen umfasst verschiedene Methoden zur Bestimmung physikalischer und chemischer Eigenschaften von Feststoffen.

Details:

• Röntgendiffraktometrie (XRD): Bestimmung der Kristallstruktur
• Infrarotspektroskopie (IR): Erkennung funktioneller Gruppen
• Raman-Spektroskopie: Molekülstrukturen und Phonon-Moden
• Elektronenmikroskopie (SEM/TEM): Morphologie und Struktur auf Nano- und Mikroebene
• Thermogravimetrie (TGA): Analyse der thermischen Stabilität
• Differentialthermoanalyse (DTA) und Differenzscanningkalorimetrie (DSC): Bestimmung thermischer Übergänge
• Oberflächenanalyse (BET): Bestimmung der spezifischen Oberfläche
• Anwendungen: Materialdesign, Katalysatorentwicklung, Nanotechnologie, Festkörperchemie, Halbleitertechnik

Datenauswertung und Laborberichterstellung

Definition:

Sammlung, Analyse und Darstellung experimenteller Daten; Erstellung eines Berichts für die wissenschaftliche Kommunikation.

Details:

• Rohe Daten überprüfen und bereinigen (z.B. Ausreißer identifizieren)
• Statistische Analyse durchführen, z.B. Mittelwert, Standardabweichung
• Daten grafisch darstellen (z.B. mit Diagrammen und Kurven)
• Ergebnisse interpretieren und diskutieren
• Berichtsgliederung: Einleitung, Experiment, Ergebnisse, Diskussion, Fazit
• Normen und Zitierweisen beachten