Herrmann, H., Jaeschke, W., & Möller, D.

Die wesentlichen Züge der Chemie in Wolken, Nebel und Niederschlag inklusive der Rolle der Eisphase werden dargestellt. Die physikalischen Systeme und die wichtigsten chemischen Umsetzungen werden beschrieben. Experimente im Feld und Laborexperimente werden dargestellt und wichtige Forschungsthemen benannt.

Schultz, M., Stohl, A., & Vogel, B.

Transportvorgänge in der Atmosphäre bestimmen, wie Spurenstoffe verteilt werden und wohin sich Schadstoffwolken ausbreiten. In diesem Aufsatz werden einige Grundlagen zu atmosphärischen Transportvorgängen erörtert und die Zusammenhänge zwischen Luftchemie und Winden aufgezeigt. Anhand einiger Beispiele aus der aktuellen Forschung wird verdeutlicht, welche Bedeutung Transportprozesse auf der lokalen bis interkontinentalen Skala für die Belastung der Luft mit Schadstoffen haben können.

Lammel, G., & Zetsch, C.

POPs, persistent organic pollutants, sind in der Umwelt schwer abbaubare, gleichzeitig bioakkumulative und toxische Stoffe. Die meisten sind mittelflüchtig und lipophil. Sie werden in der Atmosphäre zu einem erheblichen Teil an Aerosolpartikel sorbiert und nach Ablagerung am Boden oder Deposition in den Ozean in die Atmosphäre zurück verflüchtigt und können so mehrere Emissions-Transport-Depositions-Zyklen durchlaufen. Die Transport- und Verteilungsmuster und das Ferntransport-Potenzial sind damit ganz anders als bei herkömmlichen Luftschadstoffen, deren Transport nach Ablagerung aus der Atmosphäre endet. Dass weite Strecken durch mehrere, jeweils kürzere Wege überwunden werden können, wird als Grashüpfer-Effekt bezeichnet. Eine wichtige Hypothese der Umweltchemie besagt, dass die beobachtete Anreicherung von vielen persistenten und bioakkumulativen Schadstoffen in den Polargebieten, fernab der Anwendungsgebiete eine Konsequenz des Grashüpfer-Effekts sei in Verbindung mit stärkerer Kondensation in kalten Gebieten. Die Lipophilie ist die Voraussetzung für die Bioakkumulation und beeinflusst die Verteilung der Stoffe über mehrere Umweltmedien. Weil es sich bei den POPs im Allgemeinen um teilhalogenierte Stoffe handelt, ist der atmosphärische Abbau zumeist langsamer als für andere Luftschadstoffe, aber schneller als in den anderen Umweltkompartimenten, in denen erst bei Verweildauern von Monaten von Persistenz gesprochen wird. Ferntransport-Potenzial und Persistenz eines Stoffes sind wichtig für die Einschätzung der Gefährdung, die von ihm ausgeht. Sie sind das Ergebnis des Zusammenwirkens physikalisch-chemischer Stoffeigenschaften mit den in Raum und Zeit variablen Umweltbedingungen. Sie variieren deswegen in Raum und Zeit.

Steinbrecher, R., & Koppmann, R.

Die Biosphäre steuert maßgeblich den Spurenstoffaustausch zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre. Biogene flüchtige Verbindungen (BVOC) sind sehr reaktiv und werden in großem Umfang von Wäldern produziert. Deshalb sind BVOC wesentlich an Oxidationsprozessen in der Atmosphäre beteiligt. In den letzten Jahren haben zahlreiche nationale und internationale Forschungsprojekte die Wissenslage stark verbessert, insbesondere zu Oxidationspfaden in der Waldatmosphäre, zur biochemischen Bildung von Isoprenoiden und ihrer genetischen Grundlage sowie zum Spektrum der emittierten Verbindungen und ihrer Kontrolle durch Umgebungsfaktoren. Darüber hinaus wurde in Landschaften erstmals mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung die Verteilung der biogenen Emissionsquellen analysiert und Variationsmuster abgeleitet. Dazu wurden Geräte und analytische Verfahren sowie Modelle neu entwickelt beziehungsweise weiterentwickelt. Trotz des großen Fortschrittes in den letzten Jahren bestehen große Kenntnislücken, insbesondere in der Emission von Sesquiterpenen und sauerstoffhaltigen VOC durch die Biosphäre. Darüber hinaus ist die Luftchemie im Innern von Wäldern erst in Ansätzen verstanden. Deshalb werden in Zukunft aufregende neue Erkenntnisse über den komplexen reaktiven Kohlenstoffumsatz im Erdsystem zu erwarten sein – insbesondere in der Rückkopplung mit Landnutzungsänderungen und dem Klimasystem der Erde.

Römer, L., & Scheibel, T.

Spinnenseiden sind sehr stabil und gleichzeitig extrem dehnbar – eine Kombination die es in industriell eingesetzten Fasern in dieser Form nicht gibt. Es wird daher seit langem versucht, das große Potential der Spinnenseide in technische Produkte umzusetzen. Dieser Übersichtsartikel fasst den aktuellen Entwicklungsstand zur Seidenstruktur, biotechnologischen Seidenproduktion, und über den Seidenfaser-Spinnprozess zusammen. Die neuesten Entwicklungen stellen eine Grundlage für neue technische Produkte auf Basis von Spinnenseide dar, was eine neue Generation umweltverträglicher Polymermaterialien ermöglicht.

Eiden, F.

Der Chemiker Carl Hagemann (1867–1940), der bei den Farbenfabriken Bayer, Cassella und der I.G. Farben A.G. Karriere machte, ist durch eine Sammlung von Bildern Deutscher Expressionisten bekannt geworden. Es handelt sich um denselben Hagemann, der 1893 über eine einfache Methode zur Herstellung von Methyl-cyclohexenon-carbonsäureestern berichtete und dessen Name dann mit einem dieser Ester verknüpft wurde. Nach der Strukturaufklärung fand man, dass Hagemanns Ester und viele seiner Derivate sich als Bausteine zur Synthese von Natur- und Wirkstoffen eignen. Erstaunlich ist nicht nur, dass die heute hochgeschätzte Hagemannsche Bildersammlung die bösartigen Aktionen der Hitlerdiktatur und die vernichtenden Bombenangriffe der Alliierten überstand, sondern auch, dass das Interesse von Chemikern an Hagemanns Ester bis in unsere Zeit andauert.

Osterath, B., Nagaraj, R., Lütz, S., & Liiese, A.

In den Laboren von Mutter Natur sind die effizientesten und spezifischsten Katalysatoren überhaupt entstanden: Enzyme. Die Menschheit benutzt diese Proteine schon seit Jahrtausenden, zum Beispiel für die Käseherstellung. Inzwischen haben Enzyme sich einen riesigen Markt in Industrie und Handwerk erobert und weitere Expansionen sind sicher. Anwendungen reichen von Waschmittel und Textilien über Lebensmittel bis hin zu Tierfutter und Medikamenten. Stone-washed Jeans, Antibiotika, verbesserte Weinkorken und Eiscreme – all diese Produkte ermöglichen uns ein ziemlich enzymerfülltes Leben!

Roth, K.

Die Compact Disc (CD) und ihre Abkömmlinge haben in wenigen Jahren die Speicherung von Musik und anderen digitalen Daten revolutioniert. Aus chemischer Sicht sind sie wahre Hightech-Produkte, angefangen beim Trägermaterial Polycarbonat bis zum kratzfesten Schutzlack. Zweifellos sind heute (noch) die einmal beschreibbaren CD/Rs und DVD/Rs das beliebteste Medium zum Speichern und Verbreiten digitaler Informationen. Sie sind das außergewöhnliche Ergebnis der modernen Farbenchemie. Trotz des bemerkenswerten Fortschritts der optischen Datenspeicherung lehrt uns die Chemie auch, dass nicht jeder alles für immer speichern kann. Verbesserte Nachfolger der CD und DVD schauen bereits um die Ecke, aber wie auch immer das digitale Speichermedium von morgen aussehen wird, eins ist klar: Es wird nicht perfekt sein, es wird nicht ewig halten, aber der Speicherplatz für ein einziges bit wird kleiner und preiswerter werden und jede Menge Chemie wird darin stecken. Da können Sie ganz sicher sein!

Schulze-Schlarmann, J., & Stubenrauch, C.

Schäume kommen in vielen verschiedenen Bereichen in Industrie und Haushalt zur Anwendung, so etwa bei Spülmitteln, Shampoos oder bei der Herstellung von Schaumstoffen. Noch ist aber in den meisten Fällen nicht geklärt, unter welchen Bedingungen Schäume stabil sind oder in sich zusammenfallen. Daher ist es von großem Interesse, die Eigenschaften von Schäumen vorhersagen zu können, wodurch zeit- und kostenaufwändige Versuche im “Trial-and-error”-Verfahren vermieden werden könnten. Zu diesem Zweck müssen aber nicht nur die Schäume an sich, sondern auch die Schaumfilme untersucht werden, aus denen der Schaum aufgebaut ist. Einen Einfluss auf die Stabilität haben mit Sicherheit die verwendeten Tenside, deren Konzentration, aber auch Additive wie Parfümöle oder Alkohole. In diesem Beitrag werden Untersuchungen zur Schaum- und Schaumfilmstabilität vorgestellt und erste Zusammenhänge erläutert. Allerdings wird auch deutlich, dass es noch viele Fragen gibt, die bisher nicht geklärt werden konnten.

Heilmann, J.

Im Bereich der Wirkstoffsuche sind Naturstoffe unverzichtbar. Problematisch bei der Gewinnung von Naturstoffen sind die Beschaffung des biologischen Materials, die Auffindung und Isolierung aus einer inaktiven oder sogar die biologische Testung störenden Matrix und die Gewinnung ausreichender Mengen zur chemischen und pharmakologischen Charakterisierung bzw. für die klinische Nutzung. Oft stellen Naturstoffe ideale Leitstrukturen für die synthetische oder semisynthetische Entwicklung von Wirkstoffen dar. Besonders attraktiv sind Naturstoffe dann, wenn die biologische Quelle erneuerbar bzw. sogar in Kultur modifizierbar ist. Dies ist ein wesentlicher Aspekt für die gegenwärtige Attraktivität der Wirkstoffsuche in Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen. Diese können im Idealfall nicht nur in Fermentern kultiviert, sondern dort auch genetisch so verändert werden, dass neuartige Strukturen entstehen.