{"id":9041,"date":"2017-12-06T16:47:39","date_gmt":"2017-12-06T14:47:39","guid":{"rendered":"http:\/\/www.uni-muenster.de\/CareerService\/blog-erasmus\/?p=9041"},"modified":"2024-10-28T12:58:09","modified_gmt":"2024-10-28T10:58:09","slug":"angewandte-theoretische-chemie-alltag-in-einer-lissabonner-forschungsgruppe","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.uni-muenster.de\/CareerService\/blog-erasmus\/angewandte-theoretische-chemie-alltag-in-einer-lissabonner-forschungsgruppe\/","title":{"rendered":"Angewandte Theoretische Chemie – Alltag in einer lissabonner Forschungsgruppe"},"content":{"rendered":"

Wie, du machst Theoretische Chemie? Wie soll das aussehen? Was macht man eigentlich so in einer theoretischen Arbeitsgruppe an der Uni? Das sind Fragen, die mich immer mal wieder von Freunden und Bekannten erreichen und die sich, glaube ich, auch einige Chemiestudenten stellen.<\/p>\n

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Zugegeben, mit der Laborarbeit aus dem Grundstudium oder praktisch arbeitenden Forschungsgruppen hat die Arbeit im B\u00fcro vorm Bildschirm nicht mehr ganz so viel gemein, aber der wissenschaftliche Arbeitsansatz bleibt der gleiche und zwischen dem Laborexperiment und der Computersimulation gibt es doch mehr Parallelen, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. Aber das ist Stoff aus dem Chemie-Bachelorstudium (4. Semester, wenn ich mich nicht irre) und soll hier nicht weiter behandelt werden. Vielmehr m\u00f6chte ich versuchen, einen typischen Arbeitstag in einer Arbeitsgruppe am Instituto Superior T\u00e9cnico da Universidade de Lisboa zu schildern, um euch so einen kleinen Einblick in die Forschungsarbeit eines theoretischen Chemikers zu geben.<\/p>\n

Forschungsthema f\u00fcr meinen 100-t\u00e4gigen Aufenthalt in Lissabon sind sogenannte Solvate Ionic Liquids auf LiTFSI-Glyme-Basis (LiTFSI = Lithium Bis(trifluoromethane)sulfonimide, Glymes = kleine Oligoehter). Wer N\u00e4heres zu dieser Stoffklasse erfahren m\u00f6chte, kann mich gerne kontaktieren, aber ich denke die meisten Leser w\u00fcrde ich mit einer ausf\u00fchrlichen Beschreibung, worum es sich hierbei handelt, nur langweilen. Deswegen m\u00f6chte ich an dieser Stelle nur kurz das Ziel meiner Arbeit erl\u00e4utern. Dieses ist die Gewinnung neuer Erkenntnisse \u00fcber die Struktur dieser Mischungen auf atomistischer Ebene (also im Nanometerbereich), wobei es vor allem um Fragen der Lithium-Koordination geht. Diese ist n\u00e4mlich mitunter entscheidend f\u00fcr die Beweglichkeit der Lithiumionen und somit f\u00fcr einen m\u00f6glichen Einsatz dieser Verbindungen als Elektrolyt f\u00fcr Lithiumionen-Batterien. Neben der Verwendung als Elektrolyt sind aber auch noch viele andere Anwendungen dieser Stoffklasse denkbar, wie z.B. als L\u00f6sungsmittel in diversen Synthesesprozessen. Ein genaues Verst\u00e4ndnis der Struktur ist daher wichtig, um die Eigenschaften der Verbindung gezielt ver\u00e4ndern und auf das gew\u00fcnschte Einsatzgebiet zuschneiden zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Warum verwende ich daf\u00fcr Computersimulationen (genauer: sogenannte Molekulardynamik-Simulationen) und keine klassischen Experimente? Mit ein wenig Spektroskopie l\u00e4sst sich doch auch Strukturaufkl\u00e4rung betreiben? Das sind Fragen, die ab und an von experimentellen Chemikern und Simulationsskeptikern gestellt werden. Die Antwort ist, dass mit Computersimulationen (ob jetzt Molekulardynamik-, Monte-Carlo- oder ab initio<\/em> Simulationen, wobei letztere noch einmal von den vorherigen beiden abzugrenzen sind) Einblicke in L\u00e4ngen- und Zeitskalen erhalten werden k\u00f6nnen, die im Experiment nicht oder nur mit sehr gro\u00dfem Aufwand zu bekommen sind. So ist es in Simulationen kein Problem, sich einzelne Molek\u00fcle oder Atome und deren Koordination anzuschauen oder Ver\u00e4nderungen des Systems im Pico- bis Nanosekundenbereich zu betrachten, w\u00e4hrend dies im Experiment nur schwer bis gar nicht m\u00f6glich ist.<\/p>\n

Aber jetzt genug mit theoretischer Einf\u00fchrung in Thema und Methoden und endlich zum Arbeitsalltag. Um 07:15 Uhr<\/strong> klingelt mein Wecker. Es ist jetzt Anfang Dezember und zu dieser Jahreszeit sinken auch in Lissabon die Temperaturen nachts auf 2-4 \u00b0C. Wie die meisten H\u00e4user hier hat auch meine Wohnung keine Heizung und dementsprechend kalt ist es auch. Also zuallererst vom Bett unter die warme Dusche. Nach ausgiebigem Aufw\u00e4rmen unter der Dusche und einem ausgedehnten Fr\u00fchst\u00fcck ist es 08:30 Uhr<\/strong>. Zur Uni brauche ich jetzt noch nicht loszufahren, denn vor 10:30 Uhr ist dort sowieso keiner im B\u00fcro und au\u00dferdem ist ein Vorankommen auf den Stra\u00dfen zu dieser Tageszeit kaum m\u00f6glich und die Busse sind vollkommen \u00fcberf\u00fcllt. Warum bin ich dann schon so fr\u00fch aufgestanden, m\u00f6gen sich manche fragen? Tja, vielleicht bin ich f\u00fcr diejenigen ja ein Fr\u00fchaufsteher, aber ich mag es zusammen mit der Sonne aufzustehen, dann hat man am meisten vom Tag.<\/p>\n

Ich setze mich also erst mal an den Schreibtisch in meinem Zimmer, klappe den Laptop auf und checke per Remoteverbindung zu unserem Rechencluster, ob irgendwelche Simulationen \u00fcber Nacht fertig geworden sind. Je nach Gr\u00f6\u00dfe des modellierten Systems und gew\u00fcnschter Zeitdauer kann eine Molekulardynamik-Simulation mehrere Tage bis Wochen oder sogar Monate dauern. Heute morgen ist eine Simulation zu einem LiTFSI-Triglyme-System fertig geworden. Jetzt geht es daran, die Simulation auszuwerten. Dazu stehen verschiedene Programme und selbst geschriebene Auswertungsskripte (meistens Python- und Bash-Skripte) zur Verf\u00fcgung. Das Schreiben dieser Skripte geschieht in der Regel in den ersten Wochen nach Beginn des Projekts. In der jetzigen Phase der Projektarbeit m\u00fcssen sie nur noch einmal kurz gestartet werden und verrichten dann ihre Arbeit. Diese Auswertungsprogramme extrahieren z.B. aus den Rohdaten der Simulation die Koordinationszahlen von Lithium, radiale Verteilungsfunktionen, den Strukturfaktor oder Diederverteilungen von Glyme und TFSI. Einige von diesen Auswertungen dauern nur ein paar Minuten, andere mehrere Stunden. Es ist jetzt 09:45 Uhr<\/strong>. Ich stecke meinen Laptop in den Rucksack und gehe zur Bushaltestelle um die Ecke.<\/p>\n

Um 10:30 Uhr<\/strong> bin ich im B\u00fcro im 11. Stock des S\u00fcdturms mit der herrlichen Aussicht \u00fcber Lissabon (s. Titelbild vom ersten Post<\/a>). Die meisten Auswertungsprogramme, die ich zu Hause gestartet habe, sind jetzt fertig und ich mache mich daran die Datentabellen in anschauliche Graphen zu \u00fcberf\u00fchren. Dann geht es an die Interpretation der Ergebnisse: Was kann man anhand der Graphen erkennen? Sind die Ergebnisse wie erwartet oder gibt es \u00fcberraschende Abweichungen? Was k\u00f6nnte die Ursache f\u00fcr diese Abweichungen sein? Welche R\u00fcckschl\u00fcsse lassen sich aus dem Vergleich mit anderen durchgef\u00fchrten Simulationen und Literaturdaten ziehen?… Am besten macht man sich gleich ein paar Notizen, dann f\u00e4llt einem das Schreiben des Forschungsberichts sp\u00e4ter einfacher.<\/p>\n

13:00 Uhr<\/strong>: Zeit f\u00fcrs gemeinsame Mittagessen. Unser B\u00fcro, d.h. mein betreuender Professor, eine Postdoktorandin und ich, geht meistens zusammen mit zwei benachbarten B\u00fcros in die Uni-eigene Ca\u00adfe\u00adte\u00adria. Studenten aus meiner Altersgruppe sind leider nicht dabei und gesprochen wird in der Regel auf portugiesisch, sodass ich kaum etwas verstehe. Lese- und H\u00f6rverstehen sind eben doch zwei Paar Schuhe und w\u00e4hrend ersteres bei mir mehr oder weniger vorhanden ist, hapert es doch immer noch sehr bei letzterem.<\/p>\n

Nach dem Mittagessen wird weiter ausgewertet und interpretiert. Da wieder freie Rechenressourcen zur Verf\u00fcgung stehen, kann ich au\u00dferdem eine neue Simulation starten. Die Leerlaufphasen zwischen Beendigung der Auswertung einer Simulation und dem Fertigwerden der n\u00e4chsten Simulation verbringe ich mit Literaturrecherche oder dem Anpassen und Optimieren von Auswertungsskripten. Auch den Forschungsbericht sollte ich so langsam mal in Angriff nehmen. Aber um 18:30 Uhr<\/strong> ist f\u00fcr mich der Arbeitstag beendet. Ich packe meinen Laptop ein und mache mich auf den Weg zur Bushaltestelle. Der Feierabendverkehr hat sich mittlerweile etwas gelegt haben, aber von einer entspannten Verkehrssituation kann wohl noch nicht die Rede sein.<\/p>\n

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