Das Unsichtbare sichtbar machen
Röntgenstrukturanalyse durch Schüler*innen
Die Röntgenstrukturanalyse ist eine aus dem Alltag von Chemiker*innen nicht wegzudenkende Strukturaufklärungsmethode. Sie liefert aus gemessenen Beugungsdaten von Röntgenstrahlen an Kristallen die Elektronendichteverteilung der Atome im Kristall und ermöglicht, Daten zum dreidimensionalen Aufbau von Verbindungen zu gewinnen: die atomare Zusammensetzung, die Atomkonnektivitäten sowie Bindungslängen, -winkel und zwischenmolekulare Abstände. Während die Messung der Beugungsdaten an Einkristallen, d.h. die Bestimmung der Intensitäten der Beugungsmaxima, die besondere fachliche Expertise und spezialisierte Geräte erfordert, ist die Auswertung dieser Daten inzwischen dank verbesserter grafischer Benutzeroberflächen der Strukturbestimmungsprogramme auch durch Schüler*innen möglich. Es entstehen anschauliche Molekülmodelle.
Die Schüler*innen ordnen den Elektonendicht-Peaks (links) Atomtypen zu und verfeinern sie gegen die Messdaten. Als Ergebnis erhalten sie ein dreidimensionales Molekülmodell (rechts).
Im Kurs erhalten die Schüler*innen eine ihren Vorkenntnissen entsprechende Einführung in die Theorie der Methode und besuchen die Röntgenstrukturanalyse-Abteilung in der Fakultät für Chemie der Universität Göttingen. Bei der anschließenden Verarbeitung von realen, experimentell bestimmten Messdaten und bei der notwendigen (chemischen) Interpretation der Elektronendichte und schrittweisen Anpassung des Strukturmodells an die Messdaten wenden die Schüler*innen grundlegende strukturchemische Konzepte an, etwa über Bindungszustände an Atomen oder typische Geometrien bestimmter Atomsorten oder funktioneller Gruppen. Der Abgleich mit der experimentell bestimmten Elektronendichte bietet dabei immer wieder eine Möglichkeit, die eigenen Überlegungen zu bestätigen oder zu korrigieren. Am Ende steht ein Strukturmodell in Form einer 3D-Molekülmodells oder ein kleines Video des sich drehenden Moleküls.
