"G $ISJTUJOB 8FHFCFSH
0W^XYFQKFGWNPPJS Down Under
44
45
Navn: Christina Wegeberg Alder: 24 år Studie: Kandidat i kemi (SDU) Udlandsophold: School of Chemistry, University of Melbourne Land: Australien By: Melbourne
Sporvognene klinger, bilerne dytter, og jeg suser ned ad Mount Alexander Road på en gammel Raleigh cykel i den “forkerte” side af vejen. Det er nok det, man kan kalde en smule livsfarligt, for der er slet ikke lige så cykel-venligt her i byen som hjemme i lille Odense – og det hele bliver jo ikke lettere af, at håndbremserne selvfølgelig også er modsat her. Det er værd at huske! – jeg skulle jo byens skyline tårner sig op ude i det fjerne. Rygsækken er pakket til solnedgang på South Melbourne Beach med beachvolleyball senere. Det er december, og der er 30 grader og høj solskin. Parkerne på min vej er fyldte af sommerglade mennesker, for sommerferien er lige begyndt. Det er ikke helt til at forstå, for mit indre ur fortæller mig ellers, at det er tid til mørke, en frossen cykellås, risengrød og sne i lange baner, men ikke i år! I år har jeg nemlig valgt at tage et smut om på den anden side af jorden, og derved skifte de velkendte omgivelser på Syddansk Universitet ud med nye på University of Melbourne. Jeg har altid gerne villet til Australien, så mit studie, var jeg ikke i tvivl, det skulle helt sikkert prøves! Spørgsmålet var jo så bare, hvor jeg mere præcist ville bosætte mig for en stund. Jeg har aldrig før besøgt denne store ø, dette land og tilmed også kontinent, og derfor havde jeg heller ingen præferencer for hvilken Hjerneblod 46
2/2014
by, jeg godt kunne tænke mig at bo i. Sydney lød da meget fedt; hvem ville ikke gerne have Sydney Harbour Bridge og Operahuset i sin baghave for en tid? Men jeg valgte nu i stedet at basere mit valg på, hvilket projekt jeg kunne komme til at arbejde med, og hvor jeg fagligt kunne få mest ud af mit ophold. Mit bachelorprojekt var et organisk synteseprojekt, og med det arbejde fandt jeg hurtig ud af, at selvom jeg ha-
ende fandt jeg syntesearbejdet en smule ensformigt. Jeg ville derfor gerne prøve noget andet, og da jeg er meget stor fan af farver og ikke bare farveløse kemiske forbindelser, var det ret naturligt, at jeg kastede mig ud i det uorganiske hjørne af kemien. Valget faldt derfor på Melbourne i samråd med min vejleder på SDU, da jeg her kunne blive en del af et velanset forskerteam inden for den uorganiske kemi, og samtidig kunne jeg få mulighed for at ke mig.
Gruppebillede af min forskningsgruppe i Melbourne. Fra venstre: Tara, Christina (mig), Ry, Ashley, Tim, Jessica, Robert, Brendan (min vejleder) og Keith. Krystalfabrikken - down under 47
Farvede kemiske forbindelser
ler fra d-blokken i Forbindelser indeholdende metal e farvet. Dette det periodiske system vil ofte vær rbitaler i metallet kan skylds opsplitningen af d-o kaldes charge-to(en anden mulighed er det der og ligand). Optransfer effect mellem metal og dermed energisplitningen af d-orbitalerne - svarer ofte til forskellen mellem d-orbitalerne ktrum, og derfor en bølgelængde i det synlige spe farvet. Organiopfatter vi forbindelserne som grundstoffer fra ske forbindelser, som består af lave dette nummer, p-blokken og hydrogen kan ikke farveløse. Eventuelle og derfor opfatter vi dem som r dog, at organiske konjugerede systemer forårsage ne regel, f.eks. som forbindelser kan afvige for den er tilfældet for farvestoffer.
Organisk kemi er kulstofba
seret kemi, hvor de kemiske forbindelser indeh older C-H-bindinger, og hvor de primære grundbyggest en er kulstof(C), brint(H ), ilt(O), kvælstof(N), svov l(S) og fosfor(P).
Uor
ganisk kemi er alt den kemi , som ikke indeholder C-H bindinger, f.eks. er HCO3 - en uorganisk anion , for trods ionen indeholder både kulstof og brint, vil man opdage, hvis man se r på anionens struktur, at den ikke indeholder en CH binding. Organ
ometallisk kemi er en græn seflade mellem organisk og uorganisk ke mi, hvor man benytter or ganiske molekyler sammen me d f.eks. uorganiske meta ller og ioner. Mange proteiner, f.eks. hæmoglobin i blode t, er organometalliske makr omolekyler, da det indeh older en organisk peptidkæde(r ) samt en metal ion(er). For hæmoglobin er dette me tal jern(Fe).
Forskningsgruppen i Melbourne arbejder med koordinationspolymerer, som er uorganiske eller organometalliske polymerer bestående af metalkationer, som er kædet sammen via ligander ved hjælp af koordinationsbindinger mellem metallet og en elektrondonor i liganden. Det lyder måske lidt langhåret, men det er det faktisk ikke; det er lidt ligesom at lege med centicubes i folkeskolen! – Bortset fra at de centicubes, jeg leger med, enten kun har huller eller fem tutter, mens andre har f.eks. seks huller. Ingen af hverken hullerne eller tutterne ønsker at være ubrugte, og derfor vil jeg altid opnå den struktur, som er energisk mest stabil, hvor netop alle centicubes er brugt, samtidig med at de ikke er blevet mast helt vildt for at passe sammen. Fordi mine centicubes ikke både kan have huller og tutter, vil der også automatisk opnås en form for systematik, fordi der altid vil komme en ”huller” efter en ”tutter” og vice versa. Denne systematik er netop det, der skaber polymeren. Hjerneblod 48
2/2014
Liganden (”tutteren”) kan være et organisk molekyle pga. f.eks. en syrerest COO- med dens negative ladning eller nitrogenet i pyridin, fordi det har et frit ubrugt elektronpar, og derfor kan donere to elektroner til metallet på lige fod med syreresten, men liganden kan også være en uorganisk anion, som f.eks. karbonat, CO32-. Metallerne (”hulleren”) er elektronfattige og vil derfor gerne koordinere med liganderne, så de på den måde får doneret elektroner. Metallerne mangler elektroner i deres skaller – eller orbitaler, som er det mere præcise keer baseret på en masse svær matematik, og de fortæller, Når en ligand (tutter) donerer til metallet, får metallet fyldt elektroner i de tomme orbitaler og bliver derved mere ”tilfreds”, og på den måde er det mere energimæssigt stabilt, at metallet og liganden laver en koordinationsi opløsningen. Koordinationspolymererne har en gentagende koordination (systematik) og opbygger derved hhv. enten 1, 2 eller 3 dimensionelle strukturer. Dette afhænger af liganden/ liganderne og metallets/metallernes natur. Hvis liganderne har mulighed tid, er der altså mulighed for at opnå en meget velordnet struktur i 3 dimensioner. Alt efter liganden og kationen kan denne systematik skabe kanaler af hulrum, som er særdeles velegnet til opbevaring af gasmolekyler som f.eks. kuldioxid og hydrogen, alt efter hulrummenes størrelser.
Krystalfabrikken - down under
49
Generelle strukturer af 1D kæder
Generelle strukturer af 2D planer
Generelle strukturer af 3D netværk 3D struktur, hvor man tydeligt ser, at der dannes kanaler af hulrum inden i koordinationspolymererne. Fokus for den gruppe, jeg er blevet en del af her i Melbourne, er kuldioxid. Efterhånden er det vist gået op for ledning i atmosfæren er et kæmpe problem, der skal gøres noget ved. I den forbindelse har koordinationspolymererne vist sig at være en mulig og lovende løsning. Ideen er derfor at skabe materialer i form af koordinationspolymerer, som kan optage kuldioxid selektivt i deres struktur over andre gasser. På den måde vil man have et materiale, som ikke blot selektivt kan binde og dermed isolere CO2, men samtidig kan man fra dette materiale også udnytte gassen aktivt, hvorved det under opbevaringen i koordinationspolymeren kan omdannes til andre nyttige kemiske produkter. Dette kunne f.eks. bruges som en vedvarende energikilde eller som et begyndelsesmateriale for syntese af andre kemiske forbindelser, f.eks. lægemidler. Hjerneblod 50
2/2014
Mit projekt her i Melbourne går ud på at lave koordinationspolymerer i forbindelse med CO2. Mit fokus har været at se på strukturer, som kan frigive CO2 fra strukturen, hvor der samtidig er en mulighed for, at CO2 igen kan optages. Hvis dette kan opnås vil man pludselig have et molekyle, som reversibelt kan afgive og optage kuldioxid, og på den måde har man fået skabt et materiale, der også kan opbevare kuldioxid. Man kan opfatte karbonater (CO32-) som CO2 og et ekstra iltatom, og derfor har jeg prøvet at lave koordinationspolymerer, der indeholder karbonater. Ideen er så, at den dannede koordinationspolymer skal kunne danne endnu en stabil koordinationspolymer under frigivelse af CO2 og derved blot efterlade et iltatom tilbage i strukturen. Dog er forskning aldrig lige så let, som ideen virker, og ens eksperimenter lykkes langt fra altid, og selvom det er træls, at tingene ikke virker, så er det super spændende at arbejde med noget, som ingen nogensinde før har undersøgt, og for hver gang noget ikke virker, gør det bare de små succesoplevelser endnu større – og samtidig skal man jo huske på, at det, at noget ikke virker, også er et resultat. En af de helt store nye forandringer for mig i det uorganiske univers her i Melbourne, har været, at alt har handlet om at skabe krystaller! Den ordnede struktur på mikroskopisk plan (ikke synligt med det blotte øje) gør, at vi på makroskopisk plan (synligt med det blotte øje) opfatter forbindelserne som krystaller. Hver morgen, når jeg møder ind i laboratoriet, går der ikke fem minutter, før én af de andre spørger: Do you have any new crystals arbejde er det altså bare en superfed fornemmelse, når der agensglas. Arbejdet med mikroskopet kræver lidt tilvænning, for at ens øjne og hjerne ikke bliver helt bims, men stille og roligt bliver det lettere og lettere at se de enkelte krystaller i mikroskopet. – Og hvilket univers krystaller er! For krystaller er ikke ens – de er meget forskelKrystalfabrikken - down under 51
endnu andre er runde og buttede; mangfoldigheden er stor, og farverne er jo selvfølgelig taget fra hele regnbuen. Det er lidt ligesom at være på skattejagt, når man lyser det bare ”yes!”, for så ved man, at der er krystaller, og fornøjelsen bliver jo ikke mindre, hvis netop de krystaller, du har lavet, har en helt ny og ukendt struktur, som ingen andre før har lavet. Men det er jo ikke nok for en kemiker at vide, at man kan danne krystaller ved at hælde tre forskellige salte og en ligand ned i en blanding af vand og metanol og vente 3 dage, og vupti så er der kongeblå krystaller. Så hvilke centicubes, der har valgt at sætte sig sammen og på hvilken måde - benytter jeg mig af kemikerens fremtage” billeder af den synlige verden omkring os, ”optager” jeg bare krystalstrukturer, som er et billede af en krys-
har valgt at sætte sig sammen, og det kan også være, at nogle af de ligander, jeg har tilføjet min reaktionsblanding, slet ikke er blevet brugt, men det vil min krystalstruktur i givet fald så vise. For at optage en krystalstruktur skal kun én enkelt krystal bruges, derfor bruger jeg et mikroskop til at udvælge den perfekte krystal. For det gælder om at vælge én, som ikke er knækket, og nu er krystaller jo heller ikke det største i verdenen – en typisk krystal måler omkring 0,1 mm i diameter – så det er faktisk ret svært at se, om der er tale om en eller to, som er vokset sammen. Når den perfekte krystal er fundet, monteres ens krystal på et goniometer, og nu er krystallen klar til at
stråle af røntgenstråling mod krystallen, og her er det jo selvfølgelig vigtigt, at krystallen rammes, derfor er det Hjerneblod 52
2/2014
Ud af de mange mulige udvælges en enkelt krystal vha. et mikroskop
Udvalgt krystal monteres på et loop øverst på goniometeret.
superdejligt, at krystallen er forstørret på en computeren helt umulig opgave at montere den præcist.
forskellige computerprogrammer bestemme den endelig kemiske skruktur af min krystal, og i mit tilfælde skulle min struktur jo gerne indeholde karbonater. Tiden her i Melbourne vil så vise, om det lykkes for mig. Og netop mit arbejde med karbonater gør da heller ikke oplevelsen af naturfænomenet The Twelve Apostles et par timers kørsel syd for Melbournes pulserende verden mindre; for når den hylende vind og det iskolde vand fra Antarktis med hele sin styrke hamrer mod disse kalk klippestykker, kan jeg ikke lade være med at blive ret så imponeret på Moder Naturs helt egen fascinerende måde at opbevare karbonater på; hun har om nogen lært at mestre karbonaterne til fulde og valgt at opbevare kuldioxid i noget af det smukkeste natur, jeg længe har set! Og i et kort sekund kan man kan godt komme til at føle sig som lidt af en efterligner med sine kolber og krysKrystalfabrikken - down under 53
Krystallen er monteret lige i bulls-eye, sü nu er den klar til at blive udsat for røngentstrüling.
Goniometeret med krystallen monteres i diffraktometeret 54
Her ses en enkel god krystal blandt mange ikke sÌrligt gode, og derfor udvÌlges den selvfølgelig til eksperimentet.
Krystalfabrikken - down under 55
taller hjemme i laboratoriet – men på den anden side, hvorfor ikke lære fra den bedste? Så for nu vil jeg blot sætte tankestrømmen lidt på standby og nyde, at jeg er til i denne forunderlige verden, lade solnedgangen fremhæve de smukke røde farver i klipperne omkring mig, mens man ude i bølgetoppene kan skimte små pingviner, der venter på at vælte op på stranden. På mandag venter endnu en dag med krystallerne, men i morgen venter søndag, hvor jeg kan hoppe i bikinien og tage mig en tur med surfbrættet på den nærmeste strand lidt over 16.000 km væk hjemmefra – det er jo trods alt december!
Under mit ophold i Melbourne boede jeg hjemme hos en australsk familie. Billedet er taget i julen, hvor vi selvfølgelig havde dansk jul med risalamande og dans om juletræet d. 24, og d. 25 holdt vi så australsk jul med kalkun, BBQ og traditionel engelsk Christmas pudding. Jul i 31 graders varme er alligevel en anderledes oplevelse! Fra venstre ses Graham, Christina (mig), Isabelle og Kerrie. Hjerneblod 56
2/2014
Melbourne, hovedstad i staten Victoria. Det er den nĂŚst mest befolkede by i Australien
Krystalfabrikken - down under 57
The Twelve Apostles ved solnedgang
Hjerneblod 58
2/2014
The Twelve Apostles best책r af calcium karbonat (CaCO3) i forskellige krystalformer, hvilket man i daglig tale bare vil kalde kalk.
Krystalfabrikken - down under 59