Montag, 12. Mai 2014

Science Videos

Videos über Wissenschaft


Es ist nicht so einfach ein gutes Video über ein wissenschaftlichers Thema zu drehen. Meiner Meinung nach ist es nicht sinnvoll, einfach eine Vorlesung abzufilmen und in das Netz zu stellen wie in diesem Beispiel.


Von dem gleichen Hauptdarsteller gibt es noch verschiedene Vorlesungen in Englisch. Die unvollkommen beherrschte Fremdsprache trägt nicht gerade zur Attraktivität der Videos bei, deshalb an dieser Stelle lieber kein Link. Wozu sollte man eigentlich Vorlesungen überhaupt in das Internet stellen? Damit die Studenten sich nach durchzechter Nacht nicht zu Vorlesung quälen müssen? Damit sie auf keinen Fall ein Lehrbuch benutzen müssen? Wir sollten es unseren Studenten nicht ZU einfach machen. Klar dann können sie die Vorlesungsvideos nebenbei laufen lassen, während sie WoW oder den neuesten Teil der GTA-Reihe durchspielen. Vielleicht bleibt ja was hängen...
Ein weiteres Beispiel für einen - na ja - nicht so gelungene Film ist der nachfolgende Streifen "Silane Explosions". Hier kommen alle Zutaten für einen schlechten Wissenschaftsfilm zusammen: Ein nicht näher erklärtes Experiment, schlechte Auflösung, verwackelte Kamera, schlechter Ton.



Den Tiefpunkt erreichen wir mit einem Clip unter dem Titel "Liquid Nitrogen Bomb". Explosionen mit flüssigem Stickstoff scheinen sehr beliebte Experimente zu sein, jedenfalls gibt es dazu viele Beispiele auf YouTube. In dem hier vorgestellten Video verzichten die Akteure auf Erklärungen sowie Schutzmaßnahmen. Der Spass steht im Vordergrund und wird sicher erfolgreich zu entsprechenden Verletzungen führen. NICHT NACHMACHEN!!!




Was braucht man für ein erfolgreiches Wissenschaftsvideo im Internet? Ich denke an erster Stelle steht eine gute Idee. Aus dieser kann ein Konzept oder sogar ein Drehbuch entwickelt werden. Dieses sollte eine gute Story enthalten und interessante Motive liefern. Weiterhin wird ein geeigneter Drehort gebraucht. Im schlecht beleuchteten Hörsaal oder im verdreckten Labor zu drehen ist sicher einfach, aber für die Zuschauer eher abschreckend. Außerdem braucht man einen guten Hauptdarsteller, der gut verständlich spricht und auch ein wenig Spass an der Show hat. Im nachfolgenden Videoclip wird einfach nur eine Experimentalvorlesung gezeigt. Der Hauptdarsteller ist ein älterer Professor. Dieser trägt die Veranstaltung, spricht gut verständlich und erklärt sehr gut. Aber achten Sie mal auf den Assistenten im Hintergrund, der die gefährlichen Experimente ausführt. Der hat richtig Spaß an seinem Job! Dieser Clip ist mit zwei Kameras aus verschiedenen Perspektiven professionell gefilmt. Die Beleuchtung stimmt, die Experimente klappen hervorragend, die Story ist klar zu erkennen: Es werden jeweils Unfälle aus Zeitungsmeldungen gezeigt, dann das entsprechende Experiment durchgeführt und die Hintergründe erklärt. Hier passt alles zusammen. Ein sehr schönes Video.




Im Internet gibt es an zahlreichen Stellen erste Hilfestellung für angehende Filmproduzenten. Hier einige mögliche erste Anlaufpunkte:
  • Video vorbereiten und drehen auf lernscouts.de
    • Wie man einen Film vorbereitet (Planung und Vorbereitung, Recherche, Konzept, Drehbuch, Drehplan)
    • Wie man mit Bildern erzählt (Einstellungsgrößen und Orientierung, Bildaufbau, Der goldene Schnitt, Kameraführung und Kamerabewegung, Kamerafahrt, Für den Schnitt drehen)
    • Was man vor der Aufnahme beachten sollte (Weißabgleich, Licht und Beleuchtung, Umgang mit dem Autofokus, Ton)



    Zum Abschluß noch einige Beispiele für gelungene Wissenschaftsvideos

    Bill Hammack von der University of Illinois - Urbana hat eine ganze Reihe von Videos online gestellt. Es geht hauptsächlich um ingenieurwissenschaftliche Themen. In vielen seiner Videos kommt am Schluß ein überaschender Anruf auf seinem roten Telefon. Dadurch erhalten diese Videos eine humorvolle Wendung. Das ist schwer zu beschreiben, sehen Sie am besten selbst:



    Andrea Sella vom University College London dreht Videos für die  Royal Institution of Great Britain und die Wellcome Collection. In jedem Video erklärt er mit einfachen Worten und sorgfältig ausgewählten Experimenten Sachverhalte aus der Chemie. Eines dieser Videos bietet bei weitem nicht so viel Stoff wie eine ganze  Vorlesung, dafür versteht man die Zusammenhänge. Außerdem bleiben die Beispiele und Experimente im Gedächtnis haften, eben weil es nicht zu viel auf einmal ist.







    Mittwoch, 7. Mai 2014

    New Developments in Chemical Nitrogen Fixation, Part 5

    Neue Wege in der Stickstofffixierung, Teil 5


    Umwege, Abwege, Auswege - und völlig neue Ansätze

    Die Zukunft wird zeigen, ob die Hauptgruppenelement-Übergangsmetall-Atrane wirklich der richtige Ansatz sind, um das Problem der milden Stickstofffixierung endgültig zu lösen.  Vielleicht sind diese Komplexe dafür auch ungeeignet. Auf jeden Fall sind sie aufgrund ihrer vielfältigen Variationsmöglichkeiten interessante Forschungsobjekte aus denen sich sicher neue Ansätze für katalytische Reaktionen ergeben.

    Eine solche neuartige Reaktion ist die eisenkatalysierte Hydrosilylierung über die Tondreau et al. berichteten (A. M. Tondreau,C. C. Hojilla Atienza, K. J. Weller, S. A. Nye, K. M. Lewis, J. G. P. Delis, P. J. Chirik: Iron Catalysts for Selective Anti-Markovnikov Alkene Hydrosilylation Using Tertiary Silanes, Science 335 (2012) 567-570. Volltext hier abrufbar.) Die Hydrosilylierung wird in industriellem Maßstab als homogen katalysierte Reaktion ausgeführt und dient zur Herstellung zahlreicher Konsumgüter. Die Reaktion wird hauptsächlich mit teuren Platin- oder Rhodiumkatalysatoren katalysiert. In der neuen Variante dient ein zweikerniger Eisen-Stickstoffkomplex als Präkatalysator für diese katalytische Reaktion (Abbildung 1).

    Abbildung 1: Eisenkomplex zur Hydrosilylierung (oben) und katalysierte Reaktion (unten)  nach Science 335 (2012) 567-570.


    Einen völlig anderen Weg in Richtung Stickstofffixierung gehen Shima et al. mit einem dreikernigen Titan-Cluster. Dieser besteht aus drei Cyclopentadienyl-Titan-Einheiten, die über Wasserstoffatome verbrückt sind. Diese hoch reduzierte Verbindung ist in der Lage, Stickstoff aufzunehmen, zu spalten und in Form eines Imid-Nitrid-Komplexes zu binden, wie es in Abbildung 2 dargestellt ist (T. Shima, S. Hu, G. Luo, X. Kang, Y. Luo, Z. Hou: Dinitrogen Cleavage and Hydrogenation by a Trinuclear Titanium Polyhydride Complex, Science 340 (2013) 1549-1552). Einen Kommentar zu dieser neuartigen Reaktion unter dem Titel "More Can Be Better in N2 Activation" findet man hier:  Science 340 (2013) 1530-1531.



    Abbildung 2: Stickstofffixierung mit einem dreikernigen Titan-Hydrid-Cluster nach Science 340 (2013) 1549-1552.



    Wie wird der neue Weg zur milden, umweltschonenden, effektiven Stickstofffixierung im technischen Maßstab aussehen?  Wir wissen es (noch) nicht.  Que Ser, Sera...

    File:DorisDay1951-1952.jpg


    Montag, 5. Mai 2014

    New Developments in Chemical Nitrogen Fixation, Part 4

    Modellverbindungen zur Stickstofffixierung

    Neue Wege zur Stickstofffixierung - Teil 4

    Im letzten Post zu diesem Thema wurde über die Stickstofffixierung in der Natur berichtet. Das Protein und die darin enthaltene Komplexverbindung, an der Stickstofffixierung abläuft, sind identifiziert. Es gibt  aber immer noch Unklarheiten bei der Struktur dieses Komplexes. Außerdem sind die ablaufenden katalytischen Reaktionen bisher gänzlich ungeklärt. Wie kann man das Rätsel der Stickstofffixierung in der Natur lösen? Ein möglicher Ansatz besteht darin, Modellverbindungen zu schaffen an denen analoge Reaktionen ablaufen.
    Eine solche Modellverbindung stellten Lee et al. im Jahr 2010 vor (Y. Lee, N. P. Mankad, J. C. Peters: Triggering N2 uptake via redox-induced expulsion of coordinated NH3 and N2 silylation at trigonal bipyramidal iron, Nature Chem. 2 (2010) 558-565.Volltext zugänglich unter NIH Public Access). Es handelt sich dabei um einen trigonal bipyramidalen Eisen(II)komplex (1). Mit diesem Komplex ist es möglich, verschiedene Schlüsselschritte der Stickstofffixierung nachzuvollziehen. So gelang es unter anderem einen Distickstoffkomplex (3) und einen Ammoniakkomplex (4) zu erzeugen. 

    Abbildung 1: Trigonal bipyramidale Eisenkomplexe als Modellverbindungen zur Stickstofffixierung nach Nature Chem. 2 (2010) 558-565.

    Weiterhin wurden mit diesem Ligandsystem Stickstoffkomplexe in drei verschiedenen Oxidationsstufen erzeugt. Der Komplex 3 enthält Eisen in der formalen Oxidationsstufe +2. Daneben gelang die Synthese analoger Eisen-N2-Komplexe mit Eisen in den Oxidationsstufen +1 und 0. Die N2-Gruppe wurde außerdem mit einem Trimethylsilylrest funtkionalisiert. 
    Die Abbildungen 2 und 3 zeigen die Struktur des Kations von Verbindung 4.


    Abbildung 2: Trigonal bipyramidaler Eisenkomplex 4 in der Seitenansicht (nach Nature Chem. 2 (2010) 558-565). Eisenatom violett, Phosphoratome orange, Siliciumatom pink, Stickstoffatom rot.

    Abbildung 3: Trigonal bipyramidaler Eisenkomplex 4  im Kalottenmodell (van-der-Waals-Radien der Atome, gleiche Blickrichtung wie in Abbildung 2).


    Zu dem trigonal bipyramidalen Eisenkomplexen gibt es einen Kommentar bei Neture News: The nitrogen fix - A simple iron complex offers a chance to update how the global supply of ammonia is made, vom 04.11.13.

       

      Metallatrane

      Tripodale Ligandkäfige in Kombination mit einem Eisenatom sind für die Reduktion von Distickstoff geeignet. Diese Überlegung ist der Ausgangspunkt der theoretischen Untersuchungen von Gogoi und Mitarbeitern (U. Gogoi, A. K. Guha, A. K. Phukan: Tracing the Route to Ammonia: A Theoretical Study on the Possible Pathways for Dinitrogen Reduction with Tripodal Iron Complexes, Chemistry - A European Journal, 19 (2013) 11077–11089.) Vermutlich wird die koordinationschemische Flexibilität und katalytische Aktivität dieser Komplexe aber noch durch einen anderen Faktor beeinflusst. Die in Abbildung 1 gezeigten Komplexverbindugnen 1-4 besitzen nämlich nicht nur eine trigonal-bipyramidale Geometrie, sondern weisen ausserdem eine Metallatran-Grundstruktur auf. Das bedeutet, dass das Eisenatom durch einen vierzähnigen Liganden an drei Phosphoratome und ein Siliciumatom gebunden ist. Dadurch wird eine weitgehend symmetrische Ligandumgebung mit einem tripodalen Ligandkäfig erzeugt. Das Siliciumatom befindet sic in räumlicher Nähe zum Übergangsmetallatom und bildet das vierte Ligandatom am Eisen. Diese besondere Bindungssituation mit dem Hauptgruppenelement Silicium im Rückgrat des Eisenkomplexes trägt vermutlich stark zur katalytischen Aktivität bei.
      Belege für die interessanten Bindungsverhältnisse in solchen Metallatranen und die sich daraus ableitenden neuartigen Reaktionsmöglichkeiten wurden in den letzten Jahren von mehreren Arbeitsgruppen gesammelt. Die Motivation zur Durchführung der nachfolgend aufgeführten Arbeiten bestand meist nicht in der Stickstofffixierung, sondern eher in der Erkundung der Strukturen und Bindungsverhältnisse in Hauptgruppenelement-Übergangselement-Atranen.
      Dabei ist die Struktur und Zusammensetzung der Metallatrane sehr vielfältig. Sie reicht von oktaedrischen über tripodal-bipryamidale bis zu quadratisch-planaren Komplexen. Auch die Kombinationsmöglichkeiten von Hauptgruppenelement und Übergangselement sind vielfältig. Zur Konstuktion dieser Komplexe braucht man einen geeigneten mehrzähnigen bifunktionellen Ligand, der einerseits an das Hauptgruppenlement und andererseits an das Nebengruppenelement bindet. Einige Beispiele für solche Komplextypen sind nachfolgend abgebildet.




      Abbildung 4: Grundstruktur eines Atran-Komplexes (oben) und Beispiele aus der Literatur.