Ausgehend von den binären Systemen La-H und La-Si, wurde das Hydrierungs- und Dehydrierungsverhalten von La5Si3, LaSi und LaSi2 mittels thermogravimetrischer und thermoanalytischer Methoden eingehend untersucht und mit den Aussagen thermodynamischer Gleichgewichtsberechnungen verglichen. Die synthetisierten Silicide und Reaktionsprodukte wurden mittels Röntgenpulverdiffraktometrie charakterisiert. La als starker Hydridbildner dominiert die Eigenschaften seiner Silicide. Ein hoher La-Gehalt führt zu einer starken H2-Affinität des Silicids. Zusätzlich zu den berechneten binären Phasen kommt es zur Bildung von stabilen und metastabilen ternären Hydriden. Während LaSi2 über einen weiten Druck- und Temperaturbereich nicht mit H2 reagiert, nimmt La5Si3 schon bei niedrigen Temperaturen in einer mehrstufigen Reaktion unter Zerfall der Ausgangsverbindung Wasserstoff auf. Die Hydrierung von LaSi verläuft reversibel unter Bildung eines stabilen ternären Hydrides. Die Synthese von La-Siliciden aus LaH3 und Si ist in Abhängigkeit vom La-Gehalt schon bei milden Temperaturen möglich.

In der vorliegenden Arbeit werden grundsätzliche festkörperspektroskopische und dosimetrische Erkenntnisse zur Infrarot-Lumineszenz in Kalifeldspatmineralen vorgestellt. Diese Lumineszenz kann optisch und thermisch angeregt werden, wird aber primär während der Wechselwirkung der Minerale mit ionisierender Strahlung erzeugt Infrarot-Radiofluoreszenz (IR-RF)). Dabei sind zwei Emissionen bei 865 nm bzw. 910 nm messbar. Aus Erkenntnissen über die IR-Lumineszenz an Blei-dotierten Kaliumchloridkristallen (KCl:Pb) ist bekannt, dass monovalente Pb + -Ionen beide Emissionen hervorrufen. Pb + entsteht während der Bestrahlung der Proben von KCl:Pb und Kalifeldspatproben mit ionisierender Bestrahlung durch Elektroneneinfang aus Pb 2+ . Durch die UV-Anregung der IR-Lumineszenz der Pb + -Ionen (Infrarot-Photolumineszenz (IR-PL)) kann die Gegenläufigkeit der Zu- bzw. Abnahme der Konzentrationen an Pb + -Ionen bzw. über die Messung der IR-RF der Pb 2+ -Ionen nachgewiesen werden. Dieser Prozess ist durch Bestrahlung mit Licht der Wellenlängen <570 nm umkehrbar, was die optische "Bleichbarkeit" der IR-RF erklärt. All diese Eigenschaften begünstigen eine Nutzung dieses Lumineszenzphänomens für die Fixierung des letzten Belichtungszeitpunktes quartärer klastischer Sedimente. Die Präzision einer solchen Datierungsmethode wird stark von der Präzision der Kalibrierung der Laborquellen zur Regenerierung der natürlich absorbierten Energiedosen bestimmt. Daher wurde als wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit die Eignung des synthetischen Thermolumineszenz-Dosimeters Al2O3:C als Sondendosimeter gemäß der Bragg-Gray-Hohlraumtheorie bewiesen und ein entsprechendes Kalibrierungsverfahren mit sehr geringen Fehlern entwickelt. Die Resultate dieser Arbeit führten zur Entwicklung eines robusten und physikalisch begründeten geo-chronometrischen Lumineszenzdosimetrieverfahrens zur Datierung quartärer Sedimente im Altersbereich zwischen 15000 Jahren und ca. 250000 Jahren.

Im Rahmen der Untersuchungen konnten zunächst Salzhydrate bezüglich ihrer Reaktionsfähigkeit auf Cellulose klassifiziert werden. Dabei kann die Reaktion zwischen Cellulose und der Salzschmelze zu einer Verteilung, Zersetzung, Quellung oder zur Lösung des Polymers führen. Unter einer Vielzahl von neuen Quellungs- und Lösemitteln, welche als Resultat der Untersuchungen vorliegen und die zur Verfügung stehenden Systeme erheblich erweitern, sind die kongruent schmelzenden Salzhydrate LiClO4·3H2O und Cu(ClO4)2·6H2O hervorzuheben. Diese Systeme sind in der Lage, Cellulose ohne Aktivierung faserfrei innerhalb kurzer Zeit zu lösen. Für die Lösefähigkeit einer Schmelze sind die spezifischen Koordinationsverhältnisse in der Hydratschmelze, der Wasseranteil sowie die Acidität von Bedeutung. Der Lösungszustand von Cellulose in einer Salzhydratschmelze wurde mit Hilfe der Lichtstreuung untersucht. Cellulose ist in den Schmelzen LiClO4·3H2O und ZnCl2+4H2O in aggregierter Form gelöst. Die Lösungsstrukturen von Cellulose in dem aciden LiClO4·3H2O und dem basischen NMMNO·MH sind vergleichbar. Unter Verwendung der 13C-NMR Spektroskopie konnte der chemische Zustand von Cellulose in Salzhydratschmelzen näher beschrieben werden. Im gelösten Zustand liegt keine partielle Substitution an den Hydroxylgruppen vor, die Hydratschmelzen können in die Gruppe der nichtderivatisierenden Lösemittel für Cellulose eingeordnet werden. Die 7Li-1H HOESY NMR Spektroskopie erbrachte den Beweis für eine direkte Wechselwirkung zwischen Cellulose und den Lithiumkationen, wobei die Hydroxylgruppen an C-2 und C-3 bevorzugt am Kation koordinieren, die an C-6 gebundene Hydroxylgruppe ist nicht in die Wechselwirkung einbezogen. Im gelösten Zustand befindet sich Cellulose in den Hydratschmelzen in einem amorphen Zustand, wobei die Wasserstoffbrücken aufgespalten sind. Aus dem amorphen Zustand im Salzhydrat erfolgt die Regeneration von Cellulose II durch Entfernen des Salzes. Die regenerierte Cellulose zeigt charakteristische strukturelle Veränderungen in Abhängigkeit vom verwendeten Salzhydrat. In Folge des Lösevorgangs kann eine Verringerung der Molmasse festgestellt werden, welche zum einen durch die Hydratschmelze bestimmt wird, zum anderen durch die Lösezeit, die Temperatur sowie die Molmasse der eingesetzten Cellulose. Die Morphologie von regenerierter Cellulose, welche durch die Anordnung der Cellulosefibrillen bestimmt ist, kann unter Verwendung verschiedener Salzhydrate sowie in Abhängigkeit des verwendeten Abkühlregimes in weiten Grenzen eingestellt werden. Neben der Applikation für Löse- und Regenerationsprozesse von Cellulose sind Salzhydratschmelzen auch als effektive Reaktionsmedien zur chemischen Modifizierung einsetzbar, was für eine Veretherung sowie Veresterung gezeigt werden konnte. Die Synthese von Carboxymethylcellulose kann sowohl in einer lösenden als auch in einer quellenden Hydratschmelze erfolgen. Die Produkte zeichnen sich durch hohe Substitutionsgrade sowie einer statistischen Verteilung entlang der Polymerkette aus. Die Veresterung unter Bildung von Celluloseacetat kann in Thiocyanatschmelzen durchgeführt werden. Der erreichte Substitutionsgrad wird durch die molaren Verhältnisse bei der Reaktion sowie durch die Reaktionszeit bestimmt. Salzhydratschmelzen sind geeignet, synthetische Polymere zu lösen. In der Thiocyanat-schmelze sind Polymermischungen von Cellulose und Polyacrylnitril hergestellt worden. Die Struktur und die Eigenschaften der erhaltenen Polymerblends sind mit TMDSC sowie FT-Ramanspektroskopie untersucht worden. Sowohl der Gang der Glasübergangstemperaturen als auch die Intensitätsverhältnisse im Ramanspektrum zeigen eine Wechselwirkung bis zur molekularen Ebene an.

Gegenstand dieser Arbeit sind systematische Untersuchungen zu den Anwendungsmöglichkeiten der am Institut für Physikalische Chemie entwickelten IC-Kalorimeter im Bereich flüssiger Reaktionssysteme, mit Schwerpunkt auf enzymkatalysierten Reaktionen. Dazu kamen IC-Durchfluss- und IC-Batch-Kalorimeter zum Einsatz, mit denen durch Zusammenführung zweier Lösungen initiierte Mischungs- und Reaktionsprozesse untersucht werden können. Anhand einer Vielzahl untersuchter Reaktionssysteme wird unter stofflichen und methodischen Gesichtspunkten aufgezeigt, unter welchen Bedingungen ein Einsatz der IC-Kalorimeter sinnvoll erscheint. Außerdem werden für die miniaturisierten kalorimetrischen Anordnungen spezifische Aspekte diskutiert; u. a. Probleme bei der elektrischen Kalibrierung und die Nachweisgrenzen bzgl. der bei einem zu detektierenden Prozess mindestens zu generierenden Wärme bzw. Wärmeleistung. Beide IC-Kalorimeter konnten durch konstruktive Veränderungen gegenüber vorhandenen Anordnungen in ihrer Leistungsfähigkeit verbessert werden.

Ziel dieser Arbeit war die Synthese acyclischer Oligosilanylchalcogenoverbindungen der 14. Gruppe (Chalcogen: Schwefel, Selen, Tellur), sowie cyclischer Chalcogen-Tetrel-Verbindungen. Dabei wurde ein Syntheseweg über Oligosilanylchalcogenolate, ausgehend von Oligosilanylanionen über Chalcogeninsertionsreaktionen und anschließender Umsetzung mit Organochlorotetrelen unter Salzeliminierung, gewählt. Bei einigen Reaktionen wurden z.T. die Sechsringverbindungen (R2ME)3 als Nebenprodukte erhalten. Diese Verbindungen konnten durch Reaktionen von R2MCl2 mit Li2E auch gezielt synthetisiert werden. Neben der multinuclearen NMR-Spektroskopie, als der Charakterisierungsmethode der Wahl, IR, Raman und GC/MS-Messungen, konnten von insgesamt 11 Verbindungen Röntgenstrukturanalysen erhalten werden. Parallel wurden ab-inito-Rechnungen zur Strukturaufklärung und zur Zuordnung von IR- und Ramanbanden angefertigt.

In der Halbleitertechnik, wie auch in der chemischen Sensorik werden Metallstrukturen mit geringen Strukturbreiten auf Substratoberflächen mit sehr niedriger mittlerer Rauhtiefe (wie Glas bzw. polierten Siliziumeinkristallen) benötigt. Die für diesen Zweck industriell angewandten Verfahren sind solche, die mit einer Abscheidung aus der Gasphase arbeiten (PVD, CVD). In der vorgelegten Arbeit werden zwei Varianten zur Sensibilisierung von Silikatglasoberflächen mit Zinkoxid für das electroless plating von Nickel-Phosphor-Schichten beschrieben. Die Strukturierung erfolgte mit einem photolithographischen Prozess. Die so sensibilisierten Glasoberflächen wurden in einer sauren Palladiumchloridlösung aktiviert und in einer alkalischen Lösung mit Nickel-Phosphor metallisiert. Nach dem elektrolytischen Abscheiden einer Gold- bzw. Silberschicht sind elektrochemische Untersuchungen zur (Langzeit-)Stabilität der Schichtsysteme durchgeführt worden, in deren Verlauf der Nachweis der Eignung für den Einsatz als Elektroden in elektrochemischen Sensoren erbracht worden ist.

In den vergangenen Jahren wurden anorganische Salzhydratschmelzen und Ionic Liquids als neuartige Reaktions- und Lösemedien für Cellulose etabliert. Ausgangspunkt für die vorliegende Arbeit zum Lösungszustand von Cellulose in Salzschmelzen war, ein Verständnis für die strukturelle Veränderung beim Auflösen von Cellulose in diesen Solventien zu entwickeln, sowie einen Zusammenhang zwischen der Cellulosestruktur in Lösung und der im Regenerat herzustellen. Auf der Grundlage NMR-spektroskopischer Untersuchungen wurde eine direkte Wechselwirkung zwischen bevorzugten Hydroxylgruppen der Cellulose und den Lithiumkationen der Salzhydratschmelze LiCl∙5D2O nachgewiesen und eine konkrete Lösungsstruktur vorgeschlagen. Unter Verwendung von schwingungsspektroskopischen Methoden und der 13C-CP/MAS-NMR wird die Struktur der Cellulose im festen Salzhydrat als amorph charakterisiert. NMR-Untersuchungen an unkonventionell synthetisierten Cellulosederivaten liefern neue Erkenntnisse zu deren Ordnungsgrad und Substitutionsmuster.

Gegenstand der Arbeit sind Grundlagenuntersuchungen zu einem technischen Messsystem für Gerüche. Das System besteht aus Quarzmikrowaagen als Sensoren und einer Anreicherungseinheit zur Erhöhung der Sensitivität der Sensoren. Als neuartige chemisch sensitive Schichten der Quarzmikrowaage wurden 2 Typen von polymeren Komplexverbindungen untersucht und Erklärungen des Verhaltens vorgeschlagen. Feste Phasen aus der Gaschromatografie besitzen jedoch für den Sensor-Einsatz günstigere Eigenschaften. Die wichtigsten Betriebs-Parameter der Anreicherungseinheit werden unter praxisnahen Bedingungen mit einer rein empirischen Methode untersucht. Damit kann die Empfindlichkeit des Messsystems bei Reinstoffen die menschliche Nase übertreffen.

Im Rahmen der Dissertation wurden die Wechselwirkungen gasförmiger Enantiomere mit chiralen Rezeptorschichten thermodynamisch untersucht. Ziel war es, die thermodynamischen Daten, freie Enthalpie (ΔG), Enthalpie (ΔH) und Entropie (ΔS) des Absorptionsprozesses zu bestimmen. Die Ermittlung der enthalpischen Komponenten erfolgte mittels der am Institut für Physikalische Chemie weiterentwickelten IC-Kalorimetertechnik. Die absorbierte Stoffmenge kann mit Quarzmikrowaagen unter ähnlichen experimentellen Bedingungen wie am IC-Kalorimeter bestimmt werden. Als Stoffsysteme für erste Untersuchungen wurden die Enantiomere des Milchsäuremethylesters und des 2-Chlorpropionsäuremethylesters gewählt. Als chiraler Rezeptor fanden modifizierte γ-Cyclodextrine Verwendung. Die experimentellen Daten wurden mit einem Absorptionsmodell beschrieben, welches den Gesamtprozess in einen chiral-spezifischen und einen achiral-unspezifischen Anteil gliedert. Die so erhaltenen thermodynamischen Daten lieferten neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungsmechanismen chiraler Gastmoleküle in Cyclodextrinen.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung intermolekularer C-H...F-, F...F- und Aryl-Perfluorarylwechselwirkungen in Konkurrenz zu potenziell stärkeren Wasserstoffakzeptoren wie Sauerstoff und Stickstoff im organischen Kristall. Darüber hinaus ist die Abhängigkeit der von der Position und der Anzahl der des aromatisch gebundenen Fluors von Interesse. Hierzu wurden Modellverbindungen ausgewählt, die über carbonylischen Sauerstoff, resp. tertiär gebundenen Stickstoff verfügen. Insgesamt lässt sich feststellen, dass selbst unter den vorliegenden Bedingungen strukturell ausgewählter fluororganischer Modellverbindungen zwar supramolekulare Fluorkontakte im Kristall tendenziell lokalisierbar scheinen, jedoch nicht vorhersagbar zu definieren sind. Insbesondere, wenn wie in den studierten Verbindungen Konkurrenzsituationen mit anderen Heteroatomen möglich werden. Dies ist aber gerade ein häufiger Fall in der Praxis, z.B. im Zusammenhang mit pharmazeutischen Wirkstoffen.