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Countdown 35: Thermodynamik stellt sich vor

Thermodynamik ist für viele ganz einfach „Wärmelehre“. Doch sie ist wesentlich mehr als das.

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Der Lehrstuhl für Thermodynamik beschäftigt sich mit der Frage, wie man Stoffe auf Grundlage der „Wärmegesetze“ miteinander mischen oder voneinander trennen kann. Das ist zum Beispiel wichtig, wenn man hochwertige Produkte herstellen will wie Kunststoffe für Autos oder Flugzeuge und Shampoo, das die Haare nicht nur sauber wäscht, sondern auch pflegt. Diese Erzeugnisse bestehen in den meisten Fällen aus mehreren vermischten Stoffen. Ob diese dann auch tatsächlich zusammenbleiben, hängt von den Wechselwirkungen zwischen den Molekülen ab. Die Forscherinnen und Forscher entschlüsseln die Moleküle und entwickeln passende Modelle. Mit ihnen kann man die Eigenschaften der Mischung vorhersagen. Wichtig ist, dass das Produkt in seiner Form beständig ist. Ist es das nicht, muss geschaut werden, in welcher Form sich die Eigenschaften mit der Zeit verändern.

Ein besonderer Fokus liegt seit einigen Jahren auf Mischungen aus der Pharmazie, also auf Tabletten und Impfstoffe. Hier geht es darum, dass sich viele neu entwickelte Substanzen nur sehr schlecht im Körper auflösen und deshalb nicht richtig wirken können. Mit thermodynamischen Methoden wird deshalb nach Hilfsstoffen gesucht, die die Löslichkeit der Wirkstoffe im Körper verbessern.

Natürlich kann man dieses Wissen auch umgekehrt verwenden, um Stoffe voneinander zu trennen. Dabei wird zum Beispiel geschaut, wie man Proteine aus wässrigen Lösungen extrahieren kann, ohne ein organisches Lösungsmittel zu verwenden.

Die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen sind aber nicht nur bedeutsam für deren Mischbarkeit, sondern auch für ihre Reaktivität. So ist bekannt, dass sowohl der erzielbare Umsatz als auch die Geschwindigkeit chemischer und biologischer Reaktionen ganz entscheidend davon abhängen, in welchem Lösungsmittel die Reaktion durchgeführt wird. Die Forscherinnen und Forscher am Lehrstuhl für Thermodynamik zeigten, dass man solche Effekte mit Hilfe thermodynamischer Modelle vorausberechnen kann. Im nächsten Schritt arbeiten sie nun in mehreren Forschungsverbünden daran, optimale Lösungsmittel für chemische und biologische Umsetzungen auszuwählen und maßzuschneidern.