New Theories for Chemistry. Von Jan C. A. Boeyens

Nanocrystals Forming MesoscopicStructures

Herausgegebenvon Marie-PaulePileni. Wiley-VCH,Weinheim 2005.330 S., geb.,139.00 E.—ISBN3-527-31170-X

Das vorliegende Buch besch�ftigt sichmit einem Thema aus dem Bereich derNanotechnologie, n�mlich mit unge-w�hnlichen �berstrukturen, die vonNanokristallen gebildet werden k�nnen.Da Nanokristalle fast immer mit orga-nischen Liganden mit polaren Kopf-gruppen "berzogen sind, ist es nahelie-gend, dass diese Ligandenschicht die�berstruktur erheblich beeinflusst. Inder Literatur werden etliche Begriffeverwendet, um diese �berstrukturen zubeschreiben: mesoskopische Struktu-ren, Opale, Nanokristall"bergitter,dreidimensional selbstorganisierte Sys-teme, Suprakristalle und andere mehr.

Das Buch enth�lt 13 Kapitel, indenen alles beschrieben wird, was zur-zeit "ber selbstorganisierte anorgani-sche und magnetische Nanokristalle,metallische Nanopartikel in festerMatrix, selbstorganisierte anisotropi-sche Nanopartikel und mineralischeFl"ssigkristalle sowie "ber potenzielleAnwendungen dieser �berstrukturenals optische Sensoren und in der Litho-graphie bekannt ist. Im letzten Kapitelwird kurz auf allgemein verbreiteteDefekte eingegangen, die durchSchrumpfung hervorgerufen werden.

Von besonderem Interesse sindeinige Kapitel, in denen kollektive Ei-genschaften wie dipolare Wechselwir-kungen, die Orientierung der leichtenmagnetischen Achse, Besonderheiten inRaman- und UV/Vis-Spektren, das Re-flexionsverm�gen, elektronenspektro-skopische Eigenschaften und Photo-emissionseigenschaften er�rtert werden.Diese allgemeinen Eigenschaften von�berstrukturen basieren auf dem kom-pakten Raumnetz der Nanokristalle, dieoft kubisch-fl�chenzentrierte oder he-xagonal dicht gepackte Gitter aufwei-sen. Die Folge sind Dipol-Dipol-Wech-selwirkungen, Schwingungskoh�renzund lokal polarisierte elektrische Felder,die zu gekoppelten Plasmonenschwin-gungen f"hren. Auf allgemeine Plas-monenschwingungen wird ebenfallseingegangen. Obgleich der Buchtiteldarauf hindeutet, dass haupts�chlichselbstorganisierte mesoskopische Struk-turen behandelt werden, sind auch Be-schreibungen von zahlreichen festenTr�gern und Matrixmaterialien wie po-lymeren Netzwerken, Cellulose, meso-por�sem Siliciumdioxid, Titandioxid-und Polymerfilmen, Zirconiumdioxid,Mikroemulsionen, Schichtsystemen usw.zu finden.

Besonders bemerkenswert ist dasKapitel 5 („Three Dimensional Self-Assemblies of Nanoparticles“) "berkolloidale Fl"ssigkristalle, feste Kollo-idkristalle und zweidimensionale Kol-loidkristalle. Diskutiert werden hierParameter und Wechselwirkungen,durch deren >nderung Aggregations-und Koagulationsprozesse ausgel�stwerden k�nnen, z.B. pH-Wert, Wasser-stoffbr"cken, Wirt-Gast-Wechselwir-kungen, Van-der-Waals-Kr�fte, elektro-statische Anziehung und Ladungsaus-tausch. Ferner werden „programmierte“Systeme wie ligierte Biomolek"le, Gel-netzwerke und Langmuir-Blodgett-Filme erw�hnt. Die Beeinflussung vonAggregatbildungen durch Mikrogravi-tation, Scherung und Temperaturgradi-enten wird ebenfalls besprochen, zudemwerden auch Anwendungen von selbst-organisierten Systemen vorgestellt.

Der Begriff „mesoskopisch“ beziehtsich auf intermedi�re Strukturen, dieNanokristalle mitunter „von selbst“,zuweilen auch unter �ußerem Zwangbilden. Dieses relativ neue Forschungs-gebiet wird in diesem Buch zwar nicht

umfassend behandelt, bietet aber eineninteressanten Einblick in die Thematik.Schon ein Blick in das Inhaltsverzeich-nis und das ausf"hrliche Sachregisterzeigt, dass dem Leser eine Menge anInformationen geboten wird. Aufgrundder Interdisziplinarit�t des Gebietswerden Themen aus den verschiedens-ten Bereichen behandelt. Was nochimmer fehlt, ist ein genaues Verst�ndnisder Selbstorganisationsprozesse, die zugeometrischen Formen wie Dreiecken,St�ben, Dr�hten oder R�hren f"hren.Auch wird klar, dass unser Wissensstandderzeit nicht ausreicht, um maßge-schneiderte Systeme zu entwerfen –dieses Buch ist aber ein guter Anfang,um die Herausforderungen in Angriff zunehmen.

Kenneth J. KlabundeDepartment of Chemistry, Kansas StateUniversityManhattan, Kansas (USA)

New Theories for Chemistry

Von Jan C. A. Boey-ens. Elsevier Sci-ence, Amsterdam2005. 279 S., geb.,155.00 E.—ISBN0-444-51867-3

New Theories for Chemistry – ein "ber-aus ansprechender Titel f"r ein knapp300 Seiten schmales Buch, der sofortNeugierde weckt. Auch der Blick in dasInhaltsverzeichnis l�sst einiges erwartenoder zumindest erhoffen. Doch kanndas Buch diesen Erwartungen gerechtwerden? Um es vorweg zu nehmen:meinen nur zum Teil.

Boeyens zufolge besteht die großeHerausforderung f"r Theorien in derChemie darin, die konsistenten klassi-schen Konzepte wie das klassische Mo-lek"lstrukturmodell mit quantenme-chanischen Konzepten zu vereinen.

AngewandteChemieB�cher

5369Angew. Chem. 2006, 118, 5369 – 5370 5 2006 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Demnach sei in der Bohmschen For-mulierung der Quantenmechanik derSchl"ssel f"r eine Theorie in der Chemiezu sehen, die „vern"nftig“ (so Boeyens)auf Quantenmechanik und Relativit�tbasiert. Symmetriebetrachtungen undZahlentheorie werden als weitere ent-scheidende Elemente f"r ein tieferesVerst�ndnis angef"hrt.

In diesem Lichte sind die siebenKapitel des Buches zu sehen, die sichvon Symmetrieregeln der Natur undmathematischen Strukturen in derChemie, "ber Grundlagen der Bohm-schen Mechanik und die Struktur desElektrons und der Molek"le hin zuverschiedenen chemischen Konzepten(Valenzzustand, Elektronegativit�t,chemische Bindung etc.) und einigenGedanken zur Raum-Zeit-Geometrieerstrecken. In den einzelnen Kapitelnfinden sich interessante Betrachtungs-weisen, die mitunter weniger konven-tionelle Konzepte bem"hen und anre-gende Denkanst�ße geben. Als Bei-spiele m�gen ein reizvoller zahlentheo-retischer Zugang zu den Massenzahlenstabiler Atomkerne, alternative Deu-tungen der molekularen Konformationim Sinne der Bohmschen Mechanikoder Spekulationen "ber h�herdimen-sionale Raum-Zeit-Geometrien dienen.Wenngleich diese Mosaiksteine ihrenCharme haben, so hilft Boeyens demLeser nur wenig, sie zu einem stimmigenGesamtbild zusammenzusetzen. Eswerden lediglich Beziehungen zwischenden einzelne Fragmenten angedeutet,aber der gr�ßere Kontext bleibt diffus.

Dies mag zum Teil daran liegen, dassf"nf der sieben Kapitel "berarbeiteteVersionen fr"herer �bersichtsartikelsind, w�hrend ein sechstes Kapitel aufBoeyensF vorherigem Buch The Theo-ries of Chemistry aufbaut. M�glicher-weise ist das „New“ im Titel auch eherso zu verstehen, dass es sich um einneues Buch "ber Theorien in derChemie handelt, denn die BohmscheMechanik und die Kaluza-Klein-Theo-

rie sind ja bereits seit Jahrzehnten be-kannt.

Schwerer wiegt die Frage, die michbei der gesamten Lekt"re des Buchesbegleitet hat: Welche Zielgruppe magmit dem Buch anvisiert sein? Bezeich-nenderweise findet sich darauf auch imVorwort keine Antwort. Das erste Ka-pitel "ber Symmetrien in der Natur setztbeispielsweise die Vertrautheit mit re-lativistischer Mechanik und mit Feld-theorien voraus. Leser ohne diese Vor-kenntnisse werden sich hier wahr-scheinlich "berfordert f"hlen, w�hrendExperten sicher schon zu Gen"ge mitdem N�ther-Theorem und Symmetrie-brechungen zu tun hatten und daherdem Kapitel nicht viel Neues entneh-men k�nnen. Chemiker, die man mehr-heitlich wohl dem ersten Leserkreis zu-rechnen darf, werden sich folglich denst�rker chemisch ausgerichteten Kapi-teln zuwenden. Hier werden sie bei-spielsweise auf Versuche stoßen, dieuneinheitlich definierten Valenzzust�n-de durch komprimierte Atomzust�ndezu beschreiben, deren Energien wie-derum die Grundlage f"r eine absoluteElektronegativit�tsskala bilden k�nn-ten. Ferner werden sie mit BoeyensFDeutung der molekularen Konformati-on und der Molek"lstruktur im Rahmender Bohmschen Mechanik konfrontiert,f"r die der Drehimpuls der Elektroneneine zentrale Rolle spielt. Auf resolute,unkonventionelle Art f"hrt der Autordiese Konzepte ein und spart nicht anscharfer, sicherlich stark polarisierenderKritik an der traditionellen Sichtweise.Nicht immer d"rfte er damit auf offeneOhren stoßen, zumal einige Konzepterecht eigent"mlich anmuten. Der selt-samen Verkn"pfung zwischen Chiralit�tund Zeitrichtung im f"nften Kapitelw"rde ich z.B. vehement widerspre-chen. Schade, dass der Autor oftmals aufeine behutsame Einf"hrung und offeneDiskussion seiner Betrachtungsweisenverzichtet.

Des Weiteren hinterlassen einigeTeile doch ein etwas mulmiges Gef"hl

beim Leser. So sch�n sich auf denersten Blick der klassische Grenzfall inder Bohmschen Formulierung derQuantenmechanik durch den �bergangh ! 0 (oder h/m ! 0) ergeben mag (derzu einem Verschwinden des so genann-ten „Quantenpotentials“ und damit zurklassischen Hamilton-Jacobi-Gleichungzu f"hren scheint), so zeigten doch dieArbeiten von Rosen (1964), Cohn(1972) und anderen, dass man gr�ßereVorsicht beim �bergang zum klassi-schen Grenzfall walten lassen muss. Dadie Bohmsche Formulierung nachBoeyens eine radikal andere Interpre-tation der Quantenmechanik liefert undeine wichtige Rolle f"r die chemischenKonzepte des Autors spielt, h�tte ichdoch zumindest einen Hinweis auf dieseProblematik erwartet. >hnlich erging esmir bei der Einf"hrung der Kaluza-Klein-Theorie oder bei Spekulationen"ber andere Modelle. Denkbare Pro-bleme der jeweiligen Modelle wie Kon-flikte mit experimentellen Schrankenf"r die Zahl zus�tzlicher Dimensionenoder eventuell neuauftretende Para-doxa werden nicht diskutiert. So wirkendiese Modelle zun�chst reizvoll, den-noch bleibt f"r den Leser unklar, in-wiefern sie rigorosen Tests standhaltenk�nnen. Hier fehlt f"r mein Empfindeneine deutlichere Grenzziehung zwischenFakt, Interpretation und Spekulation.

Wenn auch zuweilen entt�uschend,enth�lt das Buch trotz aller Kritik le-senswerte Ideen und interessante An-regungen. Dar"ber hinaus regt es zulebhaften wissenschaftlichen Diskussio-nen an, wie sich in meiner Arbeits-gruppe gezeigt hat – womit mitunterauch schon viel erreicht ist.

Robert BergerFrankfurt Institute forAdvanced Studies (FIAS)Johann Wolfgang Goethe-Universit;tFrankfurt

DOI: 10.1002/ange.200585339

B�cher

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