Chemistry

Chemistry is a branch of physical science that studies the composition, structure, properties and change of matter. Chemistry includes topics such as the properties of individual atoms, how atoms form chemical bonds to create chemical compounds, the interactions of substances through intermolecular forces that give matter its general properties, and the interactions between substances through chemical reactions to form different substances.

Chemistry is sometimes called the central science because it bridges other natural sciences, including physics, geology and biology. For the differences between chemistry and physics see comparison of chemistry and physics.

Scholars disagree about the etymology of the word chemistry. The history of chemistry can be traced to alchemy, which had been practiced for several millennia in various parts of the world.

  • A drop of water as a model for the interplay of adhesion and stiction

    A drop of water as a model for the interplay of adhesion and stiction picture 1 | Electrochemistry in a drop: Superposition of seven dynamic contact angle measurements of a drop of water on a surface; diameter of vertical tube capillary 0.85 mm. UZH

    Physicists at the University of Zurich have developed a system that enables them to switch back and forth the adhesion and stiction (static friction) of a water drop on a solid surface. The change in voltage is expressed macroscopically in the contact angle between the drop and the surface. This effect can be attributed to the change in the surface properties on the nanometer scale.

  • A glimpse inside the atom: energy-filtered TEM at a subatomic level

    A glimpse inside the atom energy filtered TEM at a subatomic level | Atomic orbitals of carbon atoms in graphene Image: TU Wien

    Using electron microscopes, it is possible to image individual atoms. Scientists at TU Wien have calculated how it is possible to look even further inside the atom to image individual electron orbitals, using EFTEM (energy-filtered transmission electron microoscopy).

  • A hydrophobic membrane with nanopores for highly efficient energy storage

    A hydrophobic membrane with nanopores for highly efficient energy storage | Lab set-up of a redox flow battery with the hydrophobic membrane (grey device at the bottom of the image) and two electrolyte reservoirs (bottles with yellow liquid). Image: Philipp Scheffler / DWI

    Storing fluctuating and delivering stable electric power supply are central issues when using energy from solar plants or wind power stations. Here, efficient and flexible energy storage systems need to accommodate for fluctuations in energy gain. Scientists from the Leibniz Institute for Interactive Materials (DWI), RWTH Aachen University and Hanyang University in Seoul now significantly improved a key component for the development of new energy storage systems.

  • A signal boost for molecular microscopy

    A signal boost for molecular microscopy | Schematic illustration of the experiment. Graphic: MPQ, Laser Spectroscopy Division

    Cavity-enhanced Raman-scattering reveals information on structure and properties of carbon nanotubes. The inherently weak signals are amplified by using special micro cavities as resonator, giving a general boost to Raman spectroscopy as a whole.

  • Added bacterial film makes new mortar resistant to water uptake

    Added bacterial film makes new mortar resistant to water uptake | The surface of the hybrid mortar (left) is covered with tiny crystalline spikes. This results in the so-called lotus effect which does not occur on the untreated mortar (right) Illustration: Stefan Grumbein / TUM

    Moisture can destroy mortar over time – for example when cracks form as a result of frost. A team of scientists at the Technical University of Munich (TUM) has found an unusual way to protect mortar from moisture: When the material is being mixed, they add a biofilm – a soft, moist substance produced by bacteria.

    Oliver Lieleg usually has little to do with bricks, mortar and concrete. As a professor of biomechanics at the Institute of Medical Engineering (IMETUM) and the Department of Mechanical Engineering, he mainly deals with biopolymer-based hydrogels or, to put it bluntly, slime formed by living organisms.These include bacterial biofilms, such as dental plaque and the slimy black coating that forms in sewage pipes. “Biofilms are generally considered undesirable and harmful. They are something you want to get rid of,” says Oliver Lieleg. “I was therefore excited to find a beneficial use for them.”

  • Aerobic processes compete for nitrogen in oxygen minimum zones

    Methodically, this was pioneering work: Without highly-sensitive oxygen sensorsit would not have been possible. The developers of the so-called STOX sensors supported Bristow in this study. Laura Tiano

    At the margins of oxygen minimum zones (OMZs) at ultralow oxygen concentrations, aerobic ammonium and nitrite oxidizers compete for nitrogen with anaerobic microorganisms. Thus they play an important but so far overlooked role in controlling nitrogen loss in OMZs.

  • ALGEN REVOLUTIONIEREN 3D-DRUCK VON ZELLEN

    Felix Krujatz erhält für seine Doktorarbeit auf dem Gebiet der Algenbiotechnologie den Nachwuchsförderpreis der Sächsischen Akademie der Wissenschaften. Kirsten Mann

    Wissenschaftler der TU Dresden gewinnt Nachwuchsförderpreis der Sächsischen Akademie der Wissenschaften / Algenbiotechnologie revolutioniert 3D-Bioprinting / weltweit erster 3D-gedruckter Bioreaktor mit OLEDS macht neue Untersuchungsmethoden möglich. Felix Krujatz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden, erhält für seine Doktorarbeit „Entwicklung und Evaluierung neuer Bioreaktorkonzepte für phototrophe Mikroorganismen“ den Nachwuchsförderpreis der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig. Seine Forschungsergebnisse enthalten mehrere Weltneuheiten auf dem Gebiet der Biotechnologie und können u.a. das Bioprinting menschlicher Zellen für regenerative Therapien revolutionieren sowie eine neue Generation von Bioreaktoren hervorbringen. Der Preis wird am 09. Dezember um 16:00 Uhr in Leipzig öffentlich verliehen.

  • Auch das Deuteron gibt Rätsel auf: Proton und Deuteron doch kleiner als gedacht?

    Auch das Deuteron gibt Rätsel auf Proton und Deuteron doch kleiner als gedacht picture1 | Karsten Schuhmann und Aldo Antognini an dem Lasersystem, das für die Laserspektroskopie eingesetzt wurde. Foto: Paul Scherrer Institut/Markus Fischer

    Das Deuteron – ein Atomkern aus nur einem Proton und einem Neutron – ist deutlich kleiner als bislang gedacht. Zu diesem Ergebnis kommt eine internationale Forschungsgruppe, die Experimente am Paul Scherrer Institut PSI durchgeführt hat. Dies passt zu einer Studie aus dem Jahr 2010, bei dem dieselbe Forschungsgruppe das Proton vermessen und damit das "Rätsel um den Protonradius" begründet hatte. Nun gibt die Deuterongrösse ein analoges Rätsel auf. Womöglich wird dies zu einer Anpassung der Rydbergkonstante führen. Die Experimente fanden an der weltweit leistungsstärksten Myonenquelle am PSI statt, wo die Forschenden mittels Laserspektroskopie sogenanntes myonisches Deuterium vermassen.

  • Aus zwei mach eins: Wie aus grünem Licht blaues wird

    Aus zwei mach eins Wie aus grünem Licht blaues wird | Photonen-Hochkonversion: Die Energieübertragung zwischen den Molekülen basiert auf einem Austausch von Elektronen (Dexter-Transfer) Abbildung: Michael Oldenburg

    Die Hochkonversion von Photonen ermöglicht, Licht effizienter zu nutzen: Zwei Lichtteilchen werden in ein Lichtteilchen mit höherer Energie umgewandelt. Forscher am KIT haben nun erstmals gezeigt, dass innere Grenzflächen zwischen oberflächengebundenen metallorganischen Gerüstverbindungen (SURMOFs) sich optimal dafür eignen – sie haben aus grünem Licht blaues Licht gemacht. Dieses Ergebnis wurde nun in der Fachzeitschrift Advanced Materials vorgestellt und eröffnet neue Möglichkeiten für optoelektronische Anwendungen wie Solarzellen oder Leuchtdioden. (DOI: 10.1002/adma.201601718)

  • Batterie und Elektronik aus dem Tintenstrahldrucker

    Batterie und Elektronik aus dem Tintenstrahldrucker | Schaltkreise aus dem Tintenstrahldrucker sind so flexibel wie das Papier auf dem sie gedruckt sind.

    Der südkoreanischer Forscher Sang-Young Lee hat einen handelsüblichen Drucker so umgebaut, dass er Energiespeicher und einfache Schaltkreise druckt. Ziel dabei ist, tragbare Technik unsichtbar in beliebigen Bauformen zu integrieren.

    Unter einem Tisch im Labor von Sang-Young Lee befindet sich ein normaler, etwas abgenutzter Tintenstrahldrucker, den er so modifiziert hat, dass er elektronische Schaltkreise und Superkondensatoren produziert. Dazu entleert Lee die Tintenbehälter und befüllt sie mit speziellen Batterie-Materialien und leitfähiger Tinte. Auf behandeltem Papier druckt das Gerät dann flexible, haltbare Superkondensatoren und einfache Schaltkreis-Komponenten, zum Beispiel in Form einer hochaufgelösten Karte der Republik Korea, Blumen oder Logos.

  • Batterie-Design auf der Nanoskala: Maßgeschneiderte Akkus – auch für die Elektromobilität

    Forscher um Prof. Carsten Streb von der Uni Ulm haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Lithium-Ionen-Batterien wie sie in Smartphones oder Elektroautos eingesetzt werden, maßschneidern lassen. Um die Akkus zu optimieren, benötigen die Wissenschaftler Kohlenstoff-Nanoröhrchen sowie Metalloxide in Molekülform (POMs). Erste Tests verheißen eine schnellere Be- und Entladung entsprechend veränderter Batterien. Die Ergebnisse sind vor allem für den Bereich Elektromobilität relevant.

  • Beim Laden von Lithium-Luft-Akkus entsteht hochreaktiver Singulett-Sauerstoff

    Lithium-Luft-Akkus gelten als Zukunftstechnologie: Theoretisch können sie nicht nur wesentlich leistungsfähiger sein als die derzeit gängigen Lithium-Ionen-Akkus, sondern auch leichter. Noch sind die neuen Energiespeicher allerdings nicht reif für die Praxis – schon nach wenigen Ladezyklen machen die Akkus schlapp. Woran das liegt, haben jetzt Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) und des Forschungszentrums Jülich untersucht und einen potenziellen Übeltäter entdeckt: Hochreaktiven Singulett-Sauerstoff, der beim Laden des Akkus frei wird.

  • Better Contrast Agents Based on Nanoparticles

    Scientists at the University of Basel have developed nanoparticles which can serve as efficient contrast agents for magnetic resonance imaging. This new type of nanoparticles produce around ten times more contrast than common contrast agents and are responsive to specific environments. The journal Chemical Communications has published these results.

  • Biodegradable composites: a significant advance in medical implant technology

    • Evonik is conducting research on new composite materials for the fixation of fractured bones
    • Bioresorbable polymers degrade naturally in the body, eliminating the need for additional surgery
    • Medical implant technology is an attractive and growing market

  • Biomolekül verhält sich unter künstlichen Bedingungen natürlicher als erwartet

    Faltungsexperimente in dicht gedrängten Lösungen im Reagenzglas sowie in der lebenden Zelle erlauben es, die Stabilität einer RNA-Haarnadel räumlich und zeitlich aufgelöst zu verfolgen. (C) David Gnutt

    Forscher untersuchen Biomoleküle oft isoliert im Reagenzglas, und es ist fraglich, ob die Ergebnisse auf dicht gepackte Zellen übertragbar sind. Ein Team aus Bochum, Dortmund und Greifswald verfolgte die Faltung einer RNA-Struktur in der lebenden Zelle und verglich die Ergebnisse mit Tests im Reagenzglas.

  • Chemikalien wirtschaftlich aus Holzabfällen gewinnen

    Vitamine, Medikamente, Lösungsmittel, Pflanzenschutzmittel und Polymere – viele davon liessen sich über den Zwischenschritt der Bernsteinsäure mittels Bakterien in Zukunft auch aus Holzabfällen herstellen. Und zwar mindestens so wirtschaftlich, umweltschonend und sicher wie derzeit aus Erdöl. Dies zeigte ein internationales Forscherteam unter der Leitung von ETH-Wissenschaftlern auf.

  • Chemiker-Origami: Moleküle gezielt in schraubenförmige Strukturen falten

    Wie man Moleküle schraubenförmig aufwindet, beschreibt ein internationales Forscherteam in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Die Wissenschaftler ahmten mit künstlichen Molekülen die Prinzipien nach, mit denen die Natur Biomolekülen ihre Funktion verleiht. An bestimmten Stellen im Molekül fügten sie Schwefelbrücken ein. So entstanden gezielt links- oder rechtsgewundene Helixstrukturen. Den Forschern gelang es auch, die Struktur von einem Molekül auf ein anderes zu übertragen. Das Team bestand aus Wissenschaftlern vom CNRS und der Universität Bordeaux, der Ruhr-Universität Bochum sowie der Universität Kumamoto.

  • Computersimulation enthüllt neue Seite der Kavitation

    Eine bisher unbekannte Entstehungsweise von Kavitationsblasen haben Forscher mit Hilfe einer Modellrechnung entdeckt. In der Fachzeitschrift Science Advances beschreiben sie, wie Öl-abstoßende und Öl-anziehende Oberflächen auf einen vorbeiströmenden Ölfilm wirken. Je nach Viskosität des Öls bildet sich am Übergang eine Dampfblase. Diese sogenannte Kavitation kann Material schädigen etwa bei Schiffsschrauben oder Pumpen. Sie kann aber auch einen positiven Effekt haben, in dem sie für Abstand zwischen Bauteilen sorgt und damit Schädigung vermeidet. DOI: 10.1126/sciadv.1501585

  • Cyclotron opens up new prospects for fundamental & applied research in radiopharmaceutical chemistry

    PETtrace 700S cyclotron with closed radiation shield   photo/©: Stefan F. Sämmer, JGU

    New particle accelerator generating radioactive isotopes for use in nuclear chemistry will be employed to create new medical radiopharmaceuticals

  • Der "Herr der Ringe" der Chemie

    ChemikerInnen entdecken neues Molekül zur Verbesserung der Synthese von Pharmazeutika

    Das Molekül Cyclopropan wurde früher im Gemisch mit Sauerstoff als Narkosemittel verwendet. Ein internationales ForscherInnenteam rund um Nuno Maulide vom Institut für Organische Chemie der Universität Wien hat nun eine neue Art von Cyclopropanen entdeckt, die wesentlich vielseitiger und daher auch interessanter als Ausgangsbasis für die Entwicklung von Medikamenten und Agrochemikalien ist: Maulide gelang es, aus der ursprünglichen dreigliedrigen Ringstruktur des Moleküls eine Fünfringstruktur zu machen. Die Ergebnisse erscheinen aktuell im renommierten Fachmagazin Angewandte Chemie.