Tetraeder

Neue „Enkel“ einer prä­­his­to­­rischen Subs­tanz

Schon die Dinosaurier sind darüber gewandert: Sand, der mehrheitlich aus Quarzkörnern besteht. Diese setzen sich chemisch gesehen aus Siliziumdioxid zusammen, das Tetraeder bildet, die über ihre Ecken verknüpft sind. Innsbrucker Forscher stellen unter extremen Bedingungen verwandte Verbindungen her und untersuchen deren Eigenschaften.

Sie spielen im Alltag eine oft unbemerkte, aber dennoch entscheidende Rolle in einer Vielzahl von Anwendungen. Siliziumdioxid und die davon abgeleiteten Silikate werden in der Pharmazie, der Lebensmitteltechnologie und der Optik, aber auch bei der Glasherstellung verwendet. Ihre Eigenschaften lassen sich verändern, indem Teile des Siliziums durch andere, chemisch benachbarte Elemente wie zum Beispiel Aluminium ersetzt werden. Ein internationales Forscherteam um Prof. Hubert Huppertz vom Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie versucht seit kurzem, diese Tetraedergerüste mit Elementen zu studieren, die chemisch nicht mit Silizium benachbart sind.

Extreme Bedingungen

„Jeder kann sich vorstellen, dass diese Verbindungen einem nicht einfach so über den Weg laufen, denn dann wären sie ja schon bekannt“, sagt Jörn Bruns, Post-Doc in der Gruppe um Prof. Huppertz und maßgeblich für die Synthese der neuen Verbindungen verantwortlich. „Erst der Einsatz von extremen Bedingungen, also gleich zweier Säuren, der Borsäure und rauchender Schwefelsäure maximaler Konzentration, sowie hohe Drücke und Temperaturen machen die Synthesen möglich“, so Bruns weiter. Die erhaltenen Verbindungen bestehen aus eckenverknüpften (SO4)- und (BO4)-Tetraedern und sind somit direkt mit ihren „Vorvätern“, den Silikaten, verwandt. Im historischen Gedenken an diese, werden die neuen Verbindungen als Borosulfate bezeichnet. 

Neue Einblicke

In einer neuen Arbeit in der renommierten Fachzeitschrift Angewandte Chemie gewährt das Forscherteam erstmals Einblicke in die Bildungsprinzipien der Borosulfate sowie mögliche Anwendungen als Festkörpersäuren. „Am Anfang standen die schwierigen Synthesen der Substanzen im Vordergrund. Der ausgezeichneten Kooperation mit unseren Theoretikern im eigenen Institut (Maren Podewitz und Klaus Liedl) als auch Kollegen aus Münster (Oliver Janka und Rainer Pöttgen), die für uns die magnetischen Messungen durchgeführt haben, ist es zu verdanken, dass wir daraufhin so viele neue Erkenntnisse über die Borosulfate gewinnen konnten. Ich bin mir sicher, dass diese neue Verbindungsklasse noch viele erstaunliche Vertreter hervorbringen wird und blicke daher sehr optimistisch in die Zukunft“, zeigt sich Hubert Huppertz erfreut.

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