Quantenchemische Dynamik

Die Entwicklung immer leistungsfähigerer Computer erschließt die Methoden der theoretischen Chemie inzwischen auch für molekulare Systeme, die mehr als nur eine Hand voll Elektronen aufweisen. Vom Standpunkt der Theorie ist die Chemie ursächlich für 99% in der Elektronenhülle der Atome und Moleküle verankert. Sie ist somit vollständig durch die Schrödinger-Gleichung (SG) beschrieben. Leider führt dieser Ansatz für praxisrelevante Probleme schnell auf Gleichungen, die nur noch numerisch und mit Näherungen unterschiedlicher Qualität gelöst werden können. Dies ist das Terrain der Quantenchemie, welche sich der stationären SG bedient, um die Eigenschaften der Moleküle und ihrer energetischen Zustände zu berechnen.

Komplementär dazu beschäftigen wir uns mit der Reaktionskinetik und allgemein dynamischen Prozessen. Hier nehmen die (semi-)klassichen Methoden eine herausragende, für praxisrelevante Probleme umsetzbare, Stellung ein, um z.B. Reaktionsgeschwindigkeiten und Produktausbeuten zu berechnen. Hinter den entsprechenden Theorien stecken meist intuitive chemische Konzepte verknüpft mit statistischen Überlegungen und den klassischen Bewegungsgleichungen.

In unserem Arbeitskreis wird insbesondere die Kombination aus Quantenchemie und kinetischen Theorien unimolekularer Reaktionen (RRKM) abgewendet, um Radikalreaktionen zu beschreiben. Diese können im Labor meist nicht isoliert betrachtet und nur unzureichend charakterisiert werden, da sie typischerweise nur in komplexen Reaktionsmechanismen (wie z.B. auch der Atmosphäre) auftauchen, dort aber von entscheidender Bedeutung sind.