Weißt du, wo mein Wasserstoff-Atom ist?

Mein Name ist Marc, ich habe 2011 am GAK Abitur mit den Leistungskursen Chemie, Mathematik und Physik gemacht, dann in Berlin Chemie studiert und arbeite jetzt an meiner Doktorarbeit in theoretischer Chemie.

Ihr fragt euch jetzt vielleicht: Was ist ein theoretischer Chemiker? Genau diese Frage würde ich euch gerne beantworten und euch dabei ein bisschen was über das Chemiestudium und das Leben als Chemiker an einer Universität erzählen.

Wenn man anfängt, Chemie zu studieren, dann kennt man aus der Schule meist vor allem zwei Disziplinen der Chemie: die anorganische Chemie und die organische Chemie. Wie unterscheiden diese beiden Bereiche sich? Wenn ich ehrlich bin, so ganz exakt kann man das nicht sagen, aber meistens gilt: Wer sich mit Molekülen beschäftigt, die mehr als ein Kohlenstoffatom beinhalten, der ist organischer Chemiker, die anderen sind anorganische Chemiker.

Wo tauchen jetzt die theoretischen Chemiker auf? Nun, ich teile die Chemiker lieber nach dem ein, was sie machen, und nicht danach, mit welchen Substanzen sie sich beschäftigen. In meiner Zählweise gibt es drei Sorten von Chemikern:

  1. Die synthetischen Chemiker: Das sind die, die neue chemische Verbindungen herstellen und chemische Reaktionen durchführen, bei denen es im Labor blubbert und zischt, also vielleicht die, die ihr euch vorstellt, wenn ihr an Chemiker denkt.
  2. Die physikalischen Chemiker: Das sind diejenigen, die chemische Verbindungen auf ihre physikalischen Eigenschaften untersuchen. Ein paar davon kennt ihr aus der Schule (Farbe, Schmelz- und Siedepunkt, Standardbildungsenthalpie, pKS-Werte…), viele weitere lernt ihr sehr schnell kennen, wenn ihr euch für ein Chemiestudium entscheidet.
  3. Die theoretischen Chemiker: Wir sind die, die keine Chemikalien mehr anfassen, sondern nur noch über Chemie nachdenken. (Wenn ihr „The Big Bang Theory“ gesehen habt: Wir sind die Sheldon Coopers der Chemie.) Unsere Hauptaufgabe ist es, für eine Substanz, die von einem synthetischen Chemiker hergestellt wurde, die Eigenschaften, die ein physikalischen Chemiker gefunden hat, zu erklären und mit der Struktur der Materie auf atomarer Ebene in Zusammenhang zu bringen. Wenn ihr euch also in der Schule mit Struktur-Eigenschafts-Beziehungen beschäftigt, dann macht ihr theoretische Chemie!

Wer sich für ein Chemiestudium entscheidet, stellt sehr schnell fest, dass man in allen diesen drei Bereichen sehr viel lernen kann und auch muss. Das Studium ist also nicht nur ein einziger Spaß im Labor, wo man einen Kittel trägt, Flüssigkeiten zum Kochen bringt und alle zwei Minuten ein Farbwechsel in einem Kolben stattfindet. Ihr lernt auch, über Dinge nachzudenken und Fragen an die Natur zu stellen. Und vor allem lernt ihr, wie ihr diese Fragen dann auch beantworten könnt.

Ein paar Beispiele für solche Fragen: Warum ist der Himmel blau? (OK, das ist vielleicht eher Physik, aber die Physik gehört irgendwie auch zur Chemie dazu!)  Warum ist Kohlenmonoxid giftig? (Und warum sollte man einen Kamin oder Ofen also nur bei offenem Fenster anmachen?)  Und (wie ich finde, die spannendste Frage von allen): Woher wissen wir Menschen eigentlich das, was uns schon die Lehrer in der Schule beigebracht haben? Wie können wir wissen, wie Moleküle aussehen und wo welches Atom sitzt? Es gibt schließlich keine Mikroskope, mit denen wir Atome angucken können! (OK, das ist gelogen, man kann sich einzelne Moleküle und sogar Atome schon angucken, aber nur ganz bestimmte und nur unter ganz bestimmten Umständen.)

Die Antwort auf die letzte Frage ist, einfach gesagt: Wir wissen so viel über Moleküle, weil synthetische Chemiker (fast) immer Wege finden, neue Moleküle herzustellen, physikalische Chemiker immer neue, spannende Eigenschaften messen und sich theoretische Chemiker immer wieder mit den anderen an einen Tisch setzen und versuchen, alle Ergebnisse zu erklären.

Eine Frage, die in einem solchen Gespräch mal auf mich zugekommen ist, findet ihr im Titel. Ein guter Freund von mir (ein synthetischer Chemiker) hatte ein Molekül hergestellt und wollte wissen, wo sich ein bestimmtes Wasserstoffatom in seinem Molekül befindet (für diejenigen von euch, die damit schon was anfangen können: er hatte ein Molekül gekocht, das Keto-Enol-Tautomerie und dann auch noch eine Säure-Base-Reaktion innerhalb des Moleküls zeigen kann). Er hat entsprechende Eigenschaften seiner Verbindung untersucht, ist aber aus den Ergebnissen der Experimente nicht schlau geworden. Da hat er mich angerufen und zusammen haben wir es dann auch gefunden. Aber wie genau wir es gefunden haben, das ist recht kompliziert. Aber vielleicht darf ich hier nochmal etwas schreiben und dann erzähl ich es euch!

Über den Autor
Marc Reimann hat 2011 am Gymnasium Am Kattenberge sein Abitur gemacht. Seine Leistungskurse waren Chemie, Mathematik und Physik. Nach seinem Abitur studierte er Chemie an der Humboldt-Universität zu Berlin und arbeitet derzeit an der Technischen Universität Berlin an seiner Doktorarbeit in theoretischer Chemie zur Berücksichtigung von Lösungsmitteleffekten in quantenchemischen Rechnungen.

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