Kristallographie, na klar! - Internationales Jahr der Kristallographie 2014
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internationales jahr der
kristallographie
Kristallographie, na klar!
Internationales Jahr der Kristallographie 2014
Crystallography matters!
Kristallographie, na klar!
Published by the United Nations Educational,
Scientific and Cultural Organization
7, place de Fontenoy, 75352 Paris 07 SP, France
© UNESCO 2013
All rights reserved
Original title: Crystallography matters!
Coordinator/Editor: Susan Schneegans
Front cover photos : Aeroplane © Shutterstock/IM_photo; Scientist in Africa @ FAO
Back cover photo: Young family watching TV @ Shutterstock/Andrey_Popov
Mitarbeit
Composedan derprinted
and deutsprachigen Übersetzung:
in theBerthold,
Rico workshops of UNESCO
Prof. Dr. Thomas Doert, Prof. Dr. Udo Heinemann, Dr. Frank Hoffmann, Ulrike Krug,
Kevin Lamberts, Prof. Dr. Roy Lancaster, Dr. Hanna Lührs, Carola Müller, Prof. Dr. Susan Schorr,
The printer is certified Imprim’Vert®,
Dr.
the Götz
FrenchSchuck, Dr.industry’s
printing Hartmutenvironmental
Stöcker, Prof. initiative.
Dr. Ekkehart Tillmanns, Philipp Urban
Satz:
Printed in France
Dr. Götz Schuck
SC-2013/WS/9
CLD 1251.13
What is Kristallographie?
Was ist crystallography?
Crystals fican
Kristalle beman
ndet found everywhere
überall in nature.
in der Natur. They häufi
Besonders are particularly
g sind sie inabundant in rock
Gesteinsformationen als
formations
Minerale as minerals
(Edelsteine, (gemstones,
Graphit graphite, etc.)
usw.) anzutreffen, aber but
auchcan also be found
andernorts, elsewhere,
zum Beispiel in Schnee-
examples
flocken, Eisbeing snowflakes,Seit
und Salzkörnern. ice and grainswaren
der Antike of salt.die
Since ancientfasziniert
Gelehrten times, scholars
von derhave
Schönheit
been
der intrigued
Kristalle, bysymmetrischen
ihrer the beauty of crystals,
Form undtheir symmetrical
Farbvielfalt. Jene shape
frühenand variety of
Kristallographen
colours.
wendeten These early crystallographers
die Geometrie auf das Studiumused
dergeometry
Kristalle intoder
study the shape
natürlichen of an.
Welt crystals in
the natural world.
Zu Beginn des 20ten Jahrhunderts wurde entdeckt, dass Röntgenstrahlung dazu verwendet
In the early
werden 20thdie
konnte, century,
Strukturit von
wasFestkörpern
realized that X-rays could be
zerstörungsfrei used to ‘see’ the
zu „beobachten“. Dies war
structure
die of matterder
Geburtsstunde in amodernen
non-intrusive manner. This
Kristallographie. marks the dawn
Röntgenstrahlen of modern
wurden bereits
crystallography.
1895 entdeckt. EsX-rays
handelthad been
sich discovered
dabei in 1895.die
um Lichtstrahlen, Theyfürare
dasbeams of light
menschliche that
Auge
are not visible
unsichtbar sind.to the human
Treffen eye. Whenauf
Röntgenstrahlen X-rays hit an object,
ein Objekt, streuenthe object’s
dessen Atomeatoms
die Strahlen.
scatter the beams.
Kristallographen Crystallographers
fanden discovered
heraus, dass Kristalle wegen that crystals,
ihrer becauseAnordnung
regelmäßigen of their von
regular
Atomenarrangement
die Strahlen nurof in
atoms,
wenige,scattered the rays
spezifische in just astreuen.
Richtungen few specifi
Durchc directions.
Ausmessen der
By measuring
Richtungen undthese directions and
der Intensitäten thegestreuten
dieser intensity of the scattered
Strahlen beams, scientists
waren Wissenschaftler in der
were
Lage, able to produce a three-dimensional
ein dreidimensionales Bild der atomaren picture of the
Struktur von crystal’s
Kristallenatomic structure.Auf
zu modellieren.
Crystals wereEigenschaften
Grund dreier found to be ideal subjectsideale
sind Kristalle for studying
Objekte, the
umstructure
die atomareof matter at the
oder molekulare
atomic
Strukturor molecular
der Materie zulevel, on account
untersuchen: sie of
sindthree common
meistens characteristics:
Feststoffe, they are
sie sind meistens
solids, three-dimensional
dreidimensional und aus sehrandregelmäßigen
built from very regular and often
Atomanordnungen highly symmetrical
aufgebaut, und sie sind oft Snowfl
Schneeflakes are crystals.
ocken Their Ihre
sind Kristalle.
arrangements
hochsymmetrisch. of atoms. hexagonal
hexagonalesymmetry
Symmetrieresults from
ergibt sichthe
aus
way in which
der Art, in derwater molecules are
die Wassermoleküle
Dank
Thanks der
toRöntgenkristallographie sind diecan
X-ray crystallography, scientists Wissenschaftler in der Lage,
study the chemical bondsdiewhichchemischen
draw bound to each
aneinander other. sind.
gebunden
Bindungen
one atom tozuanother.
untersuchen, welche die
Take graphite andAtome zusammenhalten.
diamonds, for instance. These Man denke
minerals nur zum Image: Wikipedia
Bild: Wikipedia
Beispiel
hardly lookan Graphit und
alike: one Diamant.
is opaque Diese
and softMineralien
(graphite issehen
used einander kaum ähnlich:
to make pencils), whereas
eines
the ist undurchsichtig
other und hard.
is transparent and weichYet
(aus Graphitand
graphite werden Bleistifte
diamonds are hergestellt), während das andere
close relatives,
durchsichtigspeaking,
chemically und hartboth
ist. Und
beingdoch sind Graphit
composed und Diamant
of carbon. It is thein chemischer
ability Hinsicht
to disperse lightnahe Verwandte, da sie
–beide
owingaustoKohlenstoff
the structurebestehen. Es ist die
of its chemical Fähigkeit
bonds – which- auf Grund
gives seiner chemischen
a diamond its ‘shine’. Bindungsstruktur - Licht zu
streuen,
We knowdiethisdem Diamanten
thanks to X-ray seinen „Glanz“ verleiht. Das wissen wir dank der Röntgenkristallographie.
crystallography.
At fiAnfang
Am rst, X-raykonnte
crystallography could only be usednur
die Röntgenkristallographie todazu
look verwendet
at solid crystals withfeste
werden, a Kristalle mit
regular arrangement
regelmäßigen of atoms. It could
Atomanordnungen study minerals,
zu untersuchen. for instance,
Man konnte damitand
zummany other
Beispiel Mineralien und viele
compounds,
andere such as salt
Verbindungen wieorSalz
sugar.
undItZucker
could also study oder
studieren, ice but only
auch until
Eis, it nur
aber melted.
solange, bis es schmolz.
A chunk
Ein of graphite
Graphitklumpen
(left) and
(links) undaein
rough
diamond (right).
Rohdiamant (rechts).
These zwei
Diese two crystals
Kristalle
may noteinander
mögen look alikenicht
but theysehen,
ähnlich are actually
aber sie
closely
sind related,
in Wirklichkeit nahe
as both areda
verwandt, pure
beide
carbon.
aus What
reinem gives
Kohlenstoff
the diamond
bestehen. Wasitsdem
shine is its ability
Diamanten to
zu seinem
disperse
Glanz light, ist
verhilft, owing
seine
to the structure
Eigenschaft, of its
wegen
chemical
der Strukturbonds.
seiner
Photos: Wikipedia
chemischen Bindungen
Licht zu streuen.
Fotos: Wikipedia
Crystallography matters!
Kristallographie, na klar!
Graphit Diamant Die
The Kristallstruktur
crystal structurevon Graphit
of graphite
(links)
(left) isist sehr
very diffunterschiedlich
erent from that
von der von ©
of diamond. Diamant.
IUCr © IUCr
1
2
Thisist
Das is so,
because,
weil esindie
a liquid,
Bewegungthe movement
der Moleküle in einer
Crystallography matters!
na klar!
of molecules
Flüssigkeit made it macht,
unmöglich impossible to register
ein interpretierbares
a scatteredaufzunehmen.
Streusignal signal that could be interpreted.
Kristallographen haben
Crystallographers
entdeckt, discoveredMaterialien
dass sie biologische that they could
wie Proteine
studyDNA
oder biological materials,
untersuchen such wenn
konnten, as proteins
sie Kristalle aus
Kristallographie,
or DNA,
ihnen by making
herstellten. Dascrystals of them.
erweiterte This
die Reichweite der
extended the scope
Kristallographie bis inof crystallography
die to
Biologie und Medizin hinein.
biology
Die and medicine.
Entdeckung kam zuThe discovery
einer came
Zeit, als die at
wachsende
a time when thevon
Rechenleistung growing
Computernpower esof computers
ermöglichte,
wasStrukturen
die making itdieser
possiblevielto model the structure
komplexeren Kristalle zu
of these more complex crystals.
modellieren.
After 100
Nach 100 Jahren
years ofder
development,
Entwicklung X-ray
ist die Röntgen-
crystallographydie
kristallographie hasführende
becomeMethode
the leading
zum
technique
Studium derfor studyingStruktur
atomaren the atomic structure
von Materialien
and den
und related properties
zugehörigen of materials. It
Eigenschaften. is befi
Sie nowndet
at
3D image of a crystal
Dreidimensionales structure.
Bild einer In the centre
sich nun imof advances
Zentrum desin many fields
Fortschritts of science.
in vielen New crystallographic
Wissenschaftsgebieten. methods
Immer are
noch werden
a crystal, atoms,Ingroups
Kristallstruktur. einem of atoms,
Kristall sind still being
neue introduced and
kristallographische new sources
Methoden (electrons,
eingeführt neutrons
und neue and(Elektronen,
Quellen synchrotron light)
Neutronen und
ionsAtome,
die or molecules have a regular
Atomgruppen, Ionen have become available.
Synchrotronstrahlung) Thesebereit.
stehen developments enable crystallographers
Diese Entwicklungen to study the
befähigen die Kristallographen, die
arrangement
oder Moleküleininthree
dreidimensions.
Dimensionen
© IUCr
regelmäßig angeordnet. atomic structure
atomare of objects
Struktur von Objektenthat
zuare not perfectdie
untersuchen, crystals, includingKristalle
keine perfekten quasicrystals (see
sind, darunter
© IUCr box) and liquid
Quasikristalle crystals
(siehe (see und
Kasten) photo of television overleaf).
Flüssigkristalle (siehe Foto Rückseite, TV-Bildschirm).
TheEntwicklung
Die development of Maschinen,
von machines capable of generating
die in der Lage waren,intense lightLicht
intensives andundX-rays
Röntgenstrahlung zu
(synchrotrons)
erzeugen has revolutionized
(Synchrotrone), crystallography.
revolutionierte Large research
die Kristallographie. Riesigefacilities housing
Forschungseinrichtungen,
synchrotrons
in are used by
denen Synchrotrone crystallographers
untergebracht workingvon
sind, werden in areas such as biology,
Kristallographen chemistry,
benutzt, die in so
materials science,
verschiedenen physics,wie
Gebieten archaeology and geology.
Biologie, Chemie, Synchrotrons enable
Materialwissenschaften, archaeologists
Physik, Archäologie und
to pinpoint
Geologie the composition
arbeiten. andermöglichen
Synchrotrone age of artefacts dating back
Archäologen zumtens of thousands
Beispiel, of years,
die Zusammensetzung
for instance,
und das Alterand
vongeologists
Fundstücken to analyse and date
zu bestimmen, meteorites
die and lunar
zehntausende rocks. alt sind, und
von Jahren
Geologen, Meteoriten und Mondgestein zu analysieren und zu datieren.
QUASIKRISTALLE: DEN GESETZEN DER NATUR ZUM TROTZ
Daniel Shechtman entdeckte 1984 die Existenz eines Kristalls, in dem die Atome in einer Weise angeordnet waren, die sich
nicht gesetzmäßig wiederholen ließ. Das widersetzte sich der allgemein akzeptierten Lehrmeinung über die Symmetrie
der Kristalle. Bis dahin dachte man, dass nur symmetrische geometrische Gestalten mit 1, 2, 3, 4 oder 6 Seiten als Kristalle
auftreten konnten, da sich diese Gestalten in drei Dimensionen wiederholen ließen.
Als Daniel Shechtman jedoch
eine Legierung aus Aluminium
und Mangan unter einem
Elektronenmikroskop beobachtete,
fand er ein Fünfeck (fünfseitige
Form). Dieser „Gesetzlose“ wurde
als „Quasikristall“ bekannt. Für
Daniel Shechtmans bahnbrechende
Entdeckung wurde ihm 2011 der
Nobelpreis in Chemie verliehen.
Als Konsequenz der Art, in der die Ato-
me in ihnen angeordnet sind, haben
Quasikristalle ungewöhnliche Eigen-
schaften. Sie sind hart und spröde und
verhalten sich, da sie beständig gegen
Korrosion und Adhäsion sind, fast wie Quelle: Bild eines Beugungsmusters, Physical Review Letters (1984), Band 53, Seiten
Glas. Sie werden zurzeit in mehreren 1951–1953; Bild des Mosaiks, Moroccan Crystallographic Association
industriellen Anwendungen eingesetzt.
Eine davon ist die Antihaft-Pfanne.
Marokkanische Kunsthandwerker (Maalems) kannten die Muster aus den Quasikristallen schon seit Jahrhunderten. 700 Jahre
trennen die zwei obenstehenden Bilder. Das Bild links gibt das Beugungsmuster eines Quasikristalls wieder, wie es von Daniel
Shechtman 1984 erhalten wurde. Im Foto rechts ist das filigrane Mosaik (zellije) in der Attaraine Madrasa in Fez (Marokko) zu sehen,
welches auf das 14. Jh. datiert ist. Die Bilder sehen einander bemerkenswert ähnlich, da beide fünfeckige Muster zeigen.
A brief
Was history
bisher geschah
Throughout
Im history, people
Laufe der Geschichte waren have
die been fascinated
Menschen immerby the beauty
wieder von der and mysteryund
Schönheit
of crystals.
dem Two der
Mysterium thousand
Kristalleyears ago, Roman
fasziniert. Vor etwa naturalist PlinyJahren
zweitausend the Elder admired der
bewunderte
‘the regularity
römische of the six-sided
Naturforscher prisms
Plinius der Ältereof „Die
rockRegelmäßigkeit
crystals.’ At the time, the process Prismen
der sechsseitigen of
crystallizing
der sugarZuand
Bergkristalle“. salt Zeit
dieser waswaren
alreadydenknown
alten to the ancient
indischen Indian and Chinese
und chinesischen Kulturen die
civilizations:
Verfahren zurcane sugar crystals
Kristallisation were und
von Zucker manufactured from sugar
Salz schon bekannt: cane juice in
Rohrzuckerkristalle wurden
India
aus and, in China,inbrine
Zuckerrohrsaft Indienwas boiled down
hergestellt und ininto
China pure salt.aus
wurde Crystallization was also
Sole durch Eindampfung
developed
reines in Iraq in the
Salz gewonnen. Die8th century CE.wurde
Kristallisation Two hundred years later,
im 8. Jahrhundert n. Egypt andim
Chr. auch the
Irak
region of Andalucia
entwickelt. Zweihundert in Spain
Jahre would master theÄgypten
später meisterten technique undofdie
cutting
Regionrock crystals in
Andalusien
for use indie
Spanien utensils
Technikanddesdecorative
Schneidens items like the box pictured
von Bergkristallen. here. In 1611,
Die geschnittenen German
Kristalle fanden
mathematician
in and astronomer Johannes
Geschirr und Dekorationsartikeln VerwendungKepler was
wie aufthe
derfihier
rst to observe theKassette. Im
abgebildeten
symmetrical
Jahre 1611 war shape of snowflMathematiker
der deutsche akes and inferund fromAstronom
this theirJohannes
underlying structure.
Kepler der erste, der
Gem-studded boxKassette
Edelsteinbesetze made in Egypt
aus in
Lesssymmetrischen
der than 200 yearsForm later,der
French mineralogist
Schneefl René Just Haüy
ocken Aufmerksamkeit would und
widmete discover the Form
von dieser
about 1200
Ägypten, CE
ungefähr um 1200 ©
geometrical
auf law of crystallization.
ihre Grundstruktur schloss. Nur weniger als 200 Jahre später hat dann der französische © Musée
Musée dedeCluny,
Cluny,France
France
Mineraloge René Haüy das geometrische Gesetz der Kristallisation entdeckt.
In 1895, X-rays were discovered by William Conrad Röntgen, who was awarded the
firstRöntgenstrahlung
Die Nobel Prize in Physics
wurde in1895
1901.von
It was Max von
Wilhelm LaueRöntgen
Conrad and his entdeckt,
co-workers,
derhowever,
dafür 1901 den ersten Nobelpreis
who
in would
Physik discover
erhielt. that jedoch
Es waren X-rays travelling through
Max von Laue a crystal
und seine interacted
Mitarbeiter, diewith it and, as adass Röntgenstrahlen
herausfanden,
result, were
Kristalle diffracted dabei
durchdringen, in particular directions,
mit ihnen depending
wechselwirken on the nature
und deswegen, of the von
abhängig crystal.
der Natur des Kristalles, in
This discovery
bestimmte earned von
Richtungen Lauewerden.
gebeugt the Nobel
FürPrize
dieseinEntdeckung
Physics in 1914.
bekam von Laue 1914 den Nobelpreis in Physik.
Equally bedeutend
Ebenso important was
war the discovery bydes
die Entdeckung father and son team William Henry
Vater-Sohn-Teams Henry Bragg
Braggund William
and William
Lawrence Lawrence
Bragg im JahrBragg
1913.inDiese
1913zeigten,
that X-rays
dasscould be used to dazu
Röntgenstrahlen determine the werden können, die
eingesetzt
positions of atoms
Atompositionen within eines
innerhalb a crystal accurately
Kristalls genauand unravel itsund
zu bestimmen three-dimensional
seine dreidimensionale Struktur zu
structure. Known
entschlüsseln. as Bragg’s Law,
Als Braggsches thisbekannt,
Gesetz discoveryhathas largely
diese contributed
Entdeckung sehr to
vielthe
zurmodern
modernen Entwicklung
development
aller of all the natural
Naturwissenschaften sciences
beigetragen, dabecause the atomic
die atomare Strukturstructure governsund
die chemischen thebiologischen
chemical and biological
Eigenschaften der Materie properties
bestimmtof undmatter and the crystal
die Kristallstruktur diestructure most physical Eigenschaften.
meisten physikalischen
properties
Das of matter.
Bragg-Duo wurdeThe1915Bragg duo Nobelpreis
mit dem was awarded the Nobel
in Physik Prize in Physics in 1915.
ausgezeichnet.
Between the
Zwischen 1920 1920s and the
und 1960 half1960s, X-ray crystallography helped
die Röntgenkristallographie, to reveal
einige der some
Geheimnisse
of the
der mysteries
Struktur of the structure
des Lebens of life, with
zu entschlüsseln, great ramifi
mit großen cations forauf
Auswirkungen health
die care.
Dorothy Hodgkin solvedDorothy
Gesundheitsversorgung. the structures
Hodgkin ofbestimmte
a number of diebiological molecules,
Struktur einer including
Reihe biologischer
cholesterol
Moleküle, (1937), penicillin
einschließlich (1946), vitamin
des Cholesterins B12 des
(1937), (1956) and insulin
Penicillins (1969).
(1946), She was
des Vitamin
awarded
B 12
(1956)the
undNobel Prize in(1969).
des Insulins Chemistry in 1964.
Sie wurde 1964Sirmit
JohndemKendrew and für
Nobelpreis Max Perutz were
Chemie
the first to workSirout
ausgezeichnet. theKendrew
John crystal structure
und Maxof a protein,
Perutz warenearning them
die ersten, diethe
dieNobel Prize
Kristallstruktur In all, 45 scientists have
in Chemistry
eines Proteinsin 1962. Since that
ausarbeiteten, und breakthrough,
sie erhielten dafürthe1962
crystal structure
den of over
Nobelpreis in Chemie. Seit Alles in allem wurden im
been awarded the
90,000 proteins,
diesem Durchbruchnucleic acids
sind die and other biological
Kristallstrukturen molecules
von über has beenNukleinsäuren
90000 Proteinen, determined vergangenen Jahrhundert
using
und X-ray crystallography.
anderen biologischen Molekülen mittels Röntgenkristallographie bestimmt worden. Nobel Prize over the
45 Wissenschaftler mit dem
past century for work
One of
Einer the
der biggestMeilensteine
größten milestones des
of the 20th century
zwanzigsten was the discovery
Jahrhunderts of the crystalder
war die Bestimmung Nobelpreis für Arbeiten
structureder
Struktur of DNS
DNA durch
by James Watson
James Watson and
undFrancis Crick.
Francis Perhaps
Crick. lessweniger
Vielleicht well known is the
bekannt that is either directly
factdie
ist that their discovery
Tatsache, dass ihre was made
Arbeit on the
auf den basis of diffraction experiments
Beugungsexperimenten carried
der 1958 frühzeitig
ausgezeichnet, die entweder
or indirectly related to
out by Rosalind
verstorbenen Franklin,
Rosalind who died
Franklin prematurely
aufbaute. in 1958.der
Die Entdeckung The„Doppelhelix“
discovery of the ‘double
ebnete den direkt oder indirekt mit
helix’zur
Weg paved the way to macromolecule
Makromolekül- and proteinWelche
und Proteinkristallographie. crystallography, essential
heute essentielle tools of
Werkzeuge crystallography. There is
Kristallographie zu tun
theder
in biological
Biologie and
und medical sciences
der Medizin today. Watson
sind. Watson andwurden
und Crick Crick were
1962rewarded
gemeinsam with mitthe not enough room to list
Nobel Prize
Maurice in Physiology
Wilkins, or Medicine
der mit Rosalind in zusammengearbeitet
Franklin 1962, together with Maurice Wilkins,
hatte, mit who
dem Nobelpreis hatten. In dieser Broschüre
them all in this brochure
had
in worked with
Physiologie oderRosalind
MedizinFranklin.
ausgezeichnet. ist nicht genug Platz, sie
but it is thanks to their
Crystallography matters!
na klar!
Crystallography
Die Entwicklungand der crystallographic methods
Kristallographie und have continued to develop
der kristallographischen Methodenoverwurde
the in den alle zu erwähnen, aber
last 50 years;
letzten in 1985,
50 Jahren for weiter
immer example, the Nobel Prize
vorangetrieben. in Nobelpreis
Der Chemistry was awarded
in Chemie imtoJahr
Herb
1985 individual contributions
es ist ihren individuellen
Hauptman
ging and Jerome
zum Beispiel Karle for
an Herbert developing
Hauptman undnew methods
Jerome Karle,ofwelche
analysing crystal structures.
die direkten Methoden that crystallography
As aKristallstrukturanalyse
zur result, the crystal structures of morehatten.
ausgearbeitet and more compoundskonnten
Infolgedessen have beendie solved.
Kristallstrukturen Beiträgen zu verdanken,
has come to underpin
dass die Kristallographie
Kristallographie,
von mehr und mehr Verbindungen analysiert werden.
Recent Nobel Prizes have been awarded to Venkatraman Ramakrishnan, Thomas all the sciences. Today,
Steitz
In and
letzter Ada
Zeit wurden (2009, see page
YonathNobelpreise 8), to AndreRamakrishnan,
an Venkatraman Geim and Konstantin
Thomas Novoselov
Steitz und Ada nunmehr alle Wissenschaften
(2010) for their groundbreaking work on graphene, the first of a new class oferhielten
Yonath verliehen (2009, siehe Seite 8). Andre Geim und Konstantin Novoselov two- den crystallography remains
unterstützt. Heute bleibt
dimensional crystalline materials with unique electronic and mechanical properties,
Preis 2010 für ihre grundlegenden Arbeiten über Graphen, das erste Beispiel einer neuen a fertile ground for
to Dan Shechtman (2011) for the discovery of quasicrystals (see box on facing page)
Klasse von zweidimensionalen kristallinen Materialien mit einzigartigen elektronischen die Kristallographie ein
new and promising
and mechanischen
und to Robert Lefkowitz and Brian2011
Eigenschaften. Kobilka
ging(2012) for revealing
ein Nobelpreis the inner
an Daniel workings
Shechtman für fruchtbarer Boden für neue
of an important family of cell receptors which govern nearly every function of thean
die Entdeckung der Quasikristalle (siehe Kasten auf der Seite gegenüber) und 2012 fundamental research.
humanLefkowitz
Robert body. und Brian Kobilka, welche das Innenleben einer wichtigen Familie von und vielversprechende
Zellrezeptoren enthüllt hatten, die nahezu alle Funktionen des menschlichen Körpers steuern. Grundlagenforschung.
3
4
Why countries
Warum need to
in Kristallographie
na klar!
Kristallographie,matters!
invest in crystallography
investieren?
Crystallography
Crystallographyspielt
Kristallographie underpins
in der the development
Entwicklung of practically
fast aller all new materials,
neuen Materialien, from
von alltäglichen
everyday products
Produkten like computerzumemory
wie PC-Speicherkarten cards to flatAutos
Flachbildschirmen, television screens, cars and
und Flugzeugteilen eine Rolle.
aeroplane components.
Kristallographen studierenCrystallographers not von
nicht nur die Struktur onlyMaterialien,
study the structure of materials
sondern können dieses Wissen
but can
auch also useum
anwenden, thiseine
knowledge to verändern
Struktur zu modify a structure
und so den to give it new properties
Materialien neue Eigenschaften zu
or to make
geben. it behave differently.
Der Kristallograph kann demTheneuen
crystallographer
Material auch canseine
also„Fingerabdrücke“
establish the newabnehmen. Ein
material’s ‘fingerprint’
Unternehmen kann bei. A company
der can then
Beantragung einesuse this ‘fingerprint’
Patentes to prove that
diesen Fingerabdruck the benutzen
dann new um
substance
zu beweisen, is dass
unique
diewhen applying
Substanz for a patent.
einzigartig ist.
In fact, crystallography
Tatsächlich has many
gibt es zahlreiche applications.
Anwendungen It permeates
im Bereich our daily lives Sie
der Kristallographie. anddurchdringt
forms
the backbone
unseren of industries
Alltag und bildet daswhich are vieler
Rückgrat increasingly reliant on(wie
Industriezweige knowledge generation
zum Beispiel to
Landwirtschaft,
develop new
Raumfahrt, products, including
Automobilbau, the
Kosmetik, agro-food,
Computer, aeronautic,
Pharmazie undautomobile,
Bergbau), die beauty care,
in steigendem
computer,
Maße darauf electro-mechanical, pharmaceutical
angewiesen sind, Wissen and mining
für die Entwicklung industries.
neuartiger The following
Produkte zu generieren. Im
are a few examples.
Folgenden sind einige Beispiele aufgeführt.
Mineralogy
Die Mineralogieis arguably the oldest
ist vermutlich branch
der älteste of crystallography.
Zweig X-ray Praktisch
der Kristallographie. crystallography
alles,
has been
was wir übertheGesteine,
main method of determining
geologische the atomic
Formationen und diestructure
Geschichte of minerals and
der Erde wissen,
Neue Materialien spielen eine Rolle in
metals auf
basiert sincederthe 1920s. Virtually
Kristallographie. everything
Selbst we know
unser Wissen überabout rocks, geological
„kosmische Besucher“ wie
NewEntwicklung
der materials arevon
being used Kleidung.
smarter formations wird
Meteoriten and the
durch history of the Earth is erhalten.
die Kristallographie based onEs crystallography.
ist offensichtlich,Even
dassourdieses
to develop
Schlaue smart
Stoffe clothing.
können luftdurchlässig knowledge
Wissen of ‘cosmic
unerlässlich für visitors’ like meteorites
den Bergbau comes from crystallography.
und alle Industriebereiche ist, die LöcherThisin den
Smartwärmend
oder fabrics letsein,
in airabhängig
or trap knowledge
Planeten is obviously
Erde bohren, wie essential
etwa diefor miningErdöl-
Wasser-, and any
undindustry which
Ergas- oder auchdrills into the
Geothermie-
heat, according
davon to whether
ob der Träger theoder
schwitzt Earth, such as the water, oil, gas and geothermal industries.
industrie.
wearerBeispielsweise
friert. is sweating orkönnen
shivering.
innere
Inner garments can
Bekleidungsteile mitbeSensoren
equippedzur Drug design is strongly
Die Entwicklung reliantist
von Wirkstoffen oninthe use of
starkem crystallography.
Maße abhängig vom A Gebrauch
pharmaceutical
der Kristallographie. Ein
with sensors toder
Überwachung monitor body
Körpertemperatur,
temperature,
der breathing
Atemfrequenz rate Herzschlages
und des company lookingUnternehmen,
pharmazeutisches for a new drug dastoauf
combat a specific
der Suche bacterium
nach einem neuenor virus first
Wirkstoff needs
gegen ein spezifisches
and heartbeat,
ausgestattet for instance,
werden, welcheanddie to find a small
Bakterium odermolecule capable
Virus ist, muss of blocking
zunächst the
ein kleines activefiproteins
Molekül nden, das(enzymes)
in der Lagethat areaktiven
ist, die
transmit messages
ermittelten to a wearer’s
Daten zum Handy des involved in attacking
Proteine (Enzyme) the human
zu blockieren, diecell.
beimKnowing
Befall derthe precise shape
menschlichen of involviert
Zellen the protein allows
sind. Das Wissen um
cell phone.
Trägers OuterÄußere
senden. garments could
Kleidungsstücke scientists
die genauetoForm
design
desdrug compounds
Proteins erlaubt denthat can clamp onto
Wissenschaftlern, the
eine ‘active’ sites
wirksame on the
Substanz zu entwickeln, die
be designed
könnten to detect
dagegen zurthreats like giftiger
Detektion protein and
sich an das thereby
aktive disable
Zentrum des their harmful
Proteins heftet activity.
und damit seine schädliche Wirkung aufhebt.
toxic gases,
Gase, harmful
schädlicher bacteriaoder
Bakterien or
extreme heat.
extremer HitzeCrystallographers
dienen. Kristallographen Crystallographyistisauch
Kristallographie alsonotwendig,
essential toumdistinguish solid
verschiedene forms
feste of akationen
Modifi drug from one
eines another,
Wirkstoffs voneinander
can identify
können the properties bestimmen,
die Eigenschaften
needed
die to develop such
zur Entwicklung new neuen
solcher as unterscheiden,
zu these can be soluble under
da sich ihre different conditions,
Löslichkeiten affecting
unter Umständen the efficacy
unterscheiden of thedie
können, drug.
wiederum
materials. ©Sharee
Materialien benötigt Basinger/
werden. ©Sharee ThisEffektivität
die is important forussen
beeinfl the generic
können.pharmaceutical industry
Dies ist von hoher in Asia
Bedeutung andGenerika
für die Africa especially,
produzierende
publicdomainpictures.net
Basinger / publicdomainpictures.net where anti-HIV drugs
pharmazeutische areinbeing
Industrie Asienmanufactured with compulsory
und Afrika, insbesondere licensing to make unter
dort, wo AIDS-Medikamente
them accessibleproduziert
Zwangslizenzen to the poorest.
werden, um sie den Ärmsten zugänglich machen zu können.
Today,können
Heute crystallographers are ableeine
Kristallographen to study
große a wide variety von
Bandbreite of materials,
Materialien
including liquid
untersuchen, crystals.
darunter Liquid
auch crystal displays
Flüssigkristalle. are used for the flat
Flüssigkristallbildschirme werden
screens
in of televisions (pictured),
Flachbildschirmen computers,
von Fernsehern (Bild), cell phones, digital
Computern, clocks
Mobiltelefonen,
and so on. The
Digitaluhren liquid
und crystal
vielen does not
weiteren produce
Dingen light itself
verwendet. Der but rather draws
Flüssigkristall
on an external
produziert source
selbst kein –Licht,
sucher
asnimmt
the back light
eine on a television
externe Quelle in–Anspruch,
to form um
images, making Bilder
energiesparend for low-energy consumption.
zu erzeugen - genau wie das Hintergrundlicht am
@ Shutterstock/Andrey_Popov
Fernseher. @ Shutterstock/Andrey Popov
Cocoa butter,die
Kakaobutter, thewichtigste
most important
Zutat voningredient of chocolate,
Schokolade, crystallizes
kristallisiert in six different Formen,
in sechs verschiedenen forms Antibodiesdocken
Antikörper bindingan toein
a virus.
Virus an. Die
but only
aber one melts
nur eine davonpleasantly
schmilzt soinangenehm
the mouthim and has the
Mund undsurface
hat densheen
Glanzandundcrisp hardness
die Knackigkeit, Crystallographywird
Kristallographie is used
dazutoverwendet,
control die
thatsie
die make it so tasty. This
so schmackhaft ‘tasty’
macht. crystal
Diese form is not
„köstliche“ very stable,
Kristallform however,
ist leider nichtsosehr
it tends
stabiltound hat die the quality
Qualität vonofhergestellten
processed drugs,
Arzneimitteln,
convert into
Tendenz, sichthe morestabilere
in eine stable form,
Modifi which
kationisumzuwandeln,
dull, has a soft die
texture
eineand melts
trübere onlyäche
Oberfl slowly undin weichere including antiviral
einschließlich drugs,
antiviraler at the
Medikamente,
the mouth,aufweist
Konsistenz producing unda sehr
coarse
vieland sandy sensation
langsamer im Mundon the tongue.
schmilzt, Luckily,
so dass thegrobkörniges,
sich ein conversion stage
in of mass
der Phase production,
der in order to
Massenproduktion zu
is slow but
sandiges if chocolate is stored
Geschmackserlebnis for a Glücklicherweise
ergibt. long time or at a warm
verläufttemperature, it can develop
diese Umwandlung recht langsam, ensure that strict
kontrollieren. Damithealth and safety
wird sichergestellt,
a ‘bloom,
aber wenn ’ aSchokolade
white, filmylange
residue that
oder results
bei fromTemperaturen
erhöhten recrystallization. Chocolate-makers
gelagert wird, kann sichthusein Belag guidelines
dass are met.
die strikten Gesundheits- und
have toder
bilden, usedas a sophisticated crystallization
Resultat dieser process
Umkristallisation to obtain the most desirable
ist. Schokoladenhersteller müssencrystal
daherform,
ausgefeilte © IUCr
Sicherheitsrichtlinien beachtet werden.
the only one accepted by
Kristallisationsprozesse gourmetsum
anwenden, and consumers.
die Photo: Wikipedia
wünschenswerteste Kristallform zu erhalten. Foto: Wikipedia © IUCr
The Curiosity
Der rover usedsetzte
„Curiosity“-Rover X-ray Röntgenkristallographie
crystallography in October 2012
dazu to um
ein, analyse soil samples
Bodenproben vomon Mars
the planet Mars! NASADie
zu untersuchen! hadNASA
equipped theden
hatte rover
Rover
witheinem
mit a diffractometer. The results
Diffraktometer suggested
ausgerüstet. that the Martian
Die Ergebnisse ließensoil sample was
vermuten, dasssimilar to the weathered den
die Marsbodenprobe basaltic soils of Hawaiian
verwitterten volcanoes.
basaltischen Böden
Photo:
von NASA
Hawaiianischen Vulkanen ähnlich ist. Foto: NASA
na klar!
Kristallographie,matters!
Crystallography
5
6
Whoorganisiert
Wer is organizing the
das
Crystallography matters!
na klar!
International Year
Internationale Jahrofder
Crystallography?
Kristallographie,
Kristallographie?
The Jahr
Das Year wird
is being organized
gemeinsam vonjointly by the International
der International Union of Crystallography
Union of Crystallography (IUCr) und der UNESCO
(IUCr) and UNESCO.
organisiert. It will
Es wird durch complement
zwei two other Jahre
weitere Internationale international
unter deryears led by
Schirmherrschaft der UNESCO
UNESCO within
innerhalb the United
des Systems NationsNationen
der Vereinten system, by contributing
ergänzt, indem estodem
the follow-up of the
Internationalen Jahr der Chemie
International
(2011) nachfolgtYear ofgleichzeitig
und Chemistry (2011) and providing
eine Einleitung an introduction
für das geplante to the Jahr
Internationale planned
des Lichts (2015)
International
darstellt. Year of Light
Die UNESCO (2015).
setzt alle dreiUNESCO is implementing
Internationalen all three
Jahre im Rahmen years
ihres through its Programms
Internationalen
International
zur Basic Sciences
Grundlagenforschung Programme.
(International Basic Sciences Programme (IBSP)) um.
Why now?
Warum 2014?
Das
The Internationale Jahr of
International Year derCrystallography
Kristallographiecommemorates
erinnert an die Hundertjahrfeier
the centennial of der Geburt
the birth der
Röntgenkristallographie,
of X-ray crystallography,die danktoder
thanks theArbeiten
work ofvon
MaxMaxvonvon
LaueLaue
andund William
William Henry
Henry andund William
Lawrence Bragg gefeiert
William Lawrence Bragg.werden
The year kann.
2014Das Jahr
also 2014 erinnert auch
commemorates an den
the 50th 50. Jahrestag
anniversary of eines
anderen Nobelpreises,
another Nobel derawarded
Prize, that an Dorothy Hodgkin Hodgkin
to Dorothy für ihre Arbeit amwork
for her Vitamin B12 und Penicillin
on vitamin B12
vergeben wurde
and penicillin (siehe
(see pageSeite 3). history).
3 A brief
Even
Auch though crystallography
wenn Kristallographie underpins
heute all the sciences
alle Wissenschaften today, itbleibt
unterstützt, remainssie relatively
der Öffentlichkeit doch
unknown to the general
relativ unbekannt. Ein Zielpublic. Oneist
des Jahres aim
es,of the Year
durch eine will be tovon
Vielzahl promote education
Aktivitäten and und
die Bildung
public awareness
Sensibilisierung derthrough a variety
Öffentlichkeit zuof activities
fördern (siehe overleaf Who
(seeRückseite, will benefit
Wer wird von dem from the
Internationalen
International Year of Crystallography?).
Jahr der Kristallographie profitieren?).
Crystallographers
Kristallographen areinactive
sind mehr inalsmore than 80von
80 Ländern, countries,
denen 5353Mitglieder
of which are
dermembers ofKarte) sind,
IUCr (siehe
the International
aktiv. Union
Die Union sorgt of Crystallography
für einen (see map).
gleichberechtigten Thezu
Zugang Union ensures equal
Informationen accessfür alle ihre
und Daten
to information
Mitglieder and data
und fördert diefor all its members
internationale and promotes international cooperation.
Zusammenarbeit.
There
Es is a need todie
ist notwendig, broaden the base
Wissensbasis derof crystallography,
Kristallographie zuin order tound
erweitern givemehr
moreEntwicklungsländern
developing
das Know-how countries
in diesem expertise in this
kritischen critical
Bereich derfield for their scientific
wissenschaftlichen undand industrialEntwicklung zu
industriellen
development.
verschaffen. DiesThis
ist is all the
umso more urgent
dringlicher, da diein Kristallographie
that crystallography will playRolle
eine wichtige a keybeim
role in
Übergang zu
the transition
einer to sustainable
nachhaltigen Entwicklung development in coming
in den kommenden decades. spielen wird.
Jahrzehnten
Countries
Länder, dieadhering to the International
der International Union of Crystallography
Union of Crystallography angehören
© IUCr
Challenges for the future
Herausforderungen für die Zukunft
In 2000,
Im the world’s
Jahr 2000 governments
einigten adoptedder
sich die Regierungen theWelt
United
aufNations’ Millennium
die „Millenium-Entwicklungsziele“ der Vereinten
Development
Nationen. DieseGoals, which
setzen set specifi
acht spezifischecZiele
targets
für to
das2015
Jahrfor reducing
2015, extreme
um unter poverty
anderem extreme Armut
and extremen
und hunger, improving
Hunger zuaccess to clean
verringern, denwater
Zugangandzusafe sanitation,
sauberem curbing
Wasser child Sanitäranlagen zu
und sicheren
mortality and
erleichtern, dieimproving maternalzuhealth,
Kindersterblichkeit senkenamong
und dieother challenges.
Gesundheit von Müttern zu verbessern.
Governments
Die Regierungenarebereiten
currently preparing
gerade a fresh
ein neues set ofvon
Bündel goals thatvor,
Zielen willwelche
determine
das the
development agenda for
Entwicklungsprogramm fürthe
diepost-2015 period.
Zeit nach 2015 The following
bestimmen areEs
werden. some examples
folgen of
einige Beispiele, wie
howKristallographie
die crystallography canbeitragen
dazu help to advance this agenda.
kann, dieses Programm voranzubringen.
Food challenges Nahrungsmittel
Herausforderung
TheWeltbevölkerung
Die world populationwird is expected to grow
voraussichtlich von from 7 billion
7 Mrd. im Jahrin 2011 auf
to 9.1
9,1billion
Mrd. imbyJahr
2050.
2050
Die Kristallographie
The combination
ansteigen. of rapid population
Die Kombination von schnellem growth and a diet more heavily
Bevölkerungswachstum reliant on meat
und Ernährungsgewohnheiten, die kann neue Materialien
and dairy
mehr products
und mehr thanund
Fleisch- in the past may increase
Milchprodukte the demand
einschließen, werdenfor diefood by 70%nach
Nachfrage by Lebensmitteln Crystallography
identifizieren,can
dieidentify
einmal
2050.
bis This
2050 umpresents a majorDies
70% erhöhen. challenge for enorme
stellt eine agriculture.
Herausforderung für die Landwirtschaft dar. new materials
eingesetzt, whichfür
Wasser can purify
Monate
water for months
reinigen, wie at a time, such
beispielsweise
State-of-the-art
Moderne crystallographic techniques
Kristallographietechniken treiben dieareForschung
driving research in the agricultural and
im Landwirtschaftsbereich voran. as nanosponges
Nanoschwämme (tap filters)
(Leitungsfi lter)
food sectors. Crystallography
Kristallographie can be
kann zum Beispiel beiused
derto analyse soils,von
Untersuchung for instance. One serious
Böden eingesetzt causeEin
werden. and nanotablets.
und Nanotabletten. ©
© Shutterstock/S_E
Shutterstock/S E
of deteriorating soilsGrund
ernstzunehmender is salinization, which canvon
für die Zerstörung occur naturally
Böden ist ihreorVersalzung,
be induceddieby human
natürlich
activities.kann oder durch Menschen verursacht wird.
auftreten
Structural studies
Strukturstudien anon
Pflplant proteins can
anzenproteinen help todabei
können develop crops
helfen, whichanzen
Nutzpfl are more
zu
resistant to die
entwickeln, saltygegen
environments.
salzige Umgebungen beständiger sind.
Crystallography
Die cankann
Kristallographie also auch
contribute to thevon
zur Heilung development ofanzenkrankheiten
Tier- und Pfl cures for plant and animal
beitragen.
diseases,
Ein one
Beispiel istexample being über
die Forschung research into
Fäule an canker in crop wie
Pflanzenarten species like tomatoes,
Tomaten, or the
ein anderes die
developmentvon
Entwicklung of vaccines
Impfungento prevent diseases such
gegen Krankheiten wieasVogel-
avianoder
or swine flu.
Schweinegrippe.
Kristallographische
In Studien an
addition, crystallographic Bakterien
studies sind außerdem
of bacteria für diefor
are important Produktion von of
the production
Nahrungsmitteln
food aus Milch,
products derived Fleisch,
from milk, Gemüse
meat, und anderen
vegetables Pflanzen
and other plants.wichtig.
Water challenges Wasser
Herausforderung
Although
Obwohl the
die world recently met
Weltgemeinschaft the Millennium
gerade Development Goal target
das Millennium-Entwicklungsziel erreicht hat,
of halving
die the Menschen
Anzahl der proportionohneof people
Zugang without access Wasser
zu sauberem to safe drinking
bis 2015 water by
zu halbieren,
2015,
befi sub-Saharan
nden Africa and the Arab region are (2012)
sich dem Weltwasserentwicklungsbericht laggingzufolge
behind, dieaccording
Subsahara- to
the World
und Water Development
die Arabische Region nochReport (2012) produced
im Rückstand. by the
Dasselbe Ziel für United Nations.
grundlegende
The sameerscheint
Hygiene target for basicaußer
derzeit sanitation currently
Reichweite, appears
da die Hälfteout
derofBevölkerung
reach, as half in den
the population in developing
Entwicklungsregionen, regions
dazu noch keinen still lacks access.
Zugang Moreover,
hat. Außerdem ist the numbervon
die Anzahl
of people in
Menschen in cities who
Städten, dielack access
keinen to a clean
Zugang water supply
zur Versorgung mit and sanitation
sauberem Wasseris und
estimated
zu to have grown
Sanitäreinrichtungen by 20%
haben, since the
geschätzt umMillennium
20% gestiegen,Development Goals
seit die Millennium-
were established in
Entwicklungsziele im2000. The urban
Jahr 2000 population
gesteckt wurden. Dieis forecast to nearly
städtische doublewird
Bevölkerung to sich
6.3 billion in
vermutlich von2050, up from
3,4 Mrd. 20093.4
bisbillion in 2009.auf 6.3 Mrd. verdoppeln.
2050 nahezu
Crystallography
Kristallographie can
kann helphelfen,
dabei to improve water quality
die Wasserqualität in poor
in armen communities,
Gemeinden for instance,
zu verbessern,
by identifying
indem new materials
sie zum Beispiel which can
neue Materialien purify water for months
wie Nanoschwämme at a time,
(Leitungsfilter) such as
und Nanotabletten
nanosponges
identifiziert, (tap filters) and
die Monatsvorräte nanotablets.
an Wasser It can
mit einem Malalso helpkönnen.
reinigen to develop
Auchecological
ökologische
solutionszur
Lösungen to improve sanitation.
Verbesserung der Hygiene können mit Hilfe der Kristallographie entwickelt werden.
Crystallography matters!
na klar!
Energy challengesEnergie
Herausforderung
WhereasEnergie
Obwohl energyin was
den absent from the Millennium Development
Millennium-Entwicklungszielen Goals,sollte
nicht auftauchte, it should
sie im
be a key focus of the post-2015
Entwicklungsprogramm nach 2015 development
ein Schwerpunktagenda.
sein.InImSeptember
September 2011,
2011 the
startete
UN UN-Generalsekretär
der Secretary-General launched the Sustainable
die „Sustainable Energy for Energy for All initiative.
All Initiative“ (nachhaltigeIt comes
Energie
Kristallographie,
at aalle).
für timeWir
of growing concern
leben in einer Zeit over the impact of
der wachsenden fossil-fuel
Besorgnis überintensive economies
die Auswirkungen
on the
der Earth’s Nutzung
intensiven climate and recognition
fossiler of the
Brennstoffe auf need to accelerate
das Klima der Erde the undtransition
des Erkennens
to sustainable
der sources
Notwendigkeit, denof energy. According
Übergang to theEnergiequellen
zu nachhaltigen International Energy Agency,
zu beschleunigen.
carbon
Nach dioxideder
Angaben (COInternationalen
2
) emissions increased by
Energieagentur5% to 30.6
haben gigatons
sich, trotz(Gt)
der between
internationalen
2008 and 2010,
Finanzkrise, despite
zwischen 2008theund
international financial crisis.
2010 die Kohlendioxid (CO If2the world is to
)-Emissionen umkeep
5%
global
auf 30,6warming to 2°(Gt)
Gigatonnen C this century,
erhöht. Wenn COdas
2
emissions
weltweiteby the
Ziel energy
halten sector
soll, die must
globale not
exceed 32 Gt
Erwärmung inby 2020.Jahrhundert auf 2 °C zu begrenzen, dürfen die CO2-Emissionen
diesem
des Energiesektors im Jahr 2020 32 Gt nicht überschreiten.
7
8
Yetwird
global energy consumptiondassisder
expected toEnergieverbrauch
climb by 50% between 2007
2007and
und2035,
Crystallography matters!
Es jedoch angenommen, weltweite zwischen 2035
na klar!
with non-OECD
voraussichtlich umcountries accounting
50% ansteigt, wobei auffordie
84% of the increase. In
Nicht-OECD-Länder 2009,
84% des1.4 billionentfallen wird.
Anstiegs
people
Im still lacked
Jahr 2009 hatten access toMilliarden
noch 1,4 electricity. Demandkeinen
Menschen for energy from
Zugang renewableDie
zu Elektrizität. resources
Nachfrage nach
is expected
Energie to rise by 60%
aus erneuerbaren by 2035.
Quellen wird bis zum Jahr 2035 voraussichtlich um 60% steigen.
Crystallography can developkönnen
new products which lower a home’s energy consumption
Kristallographie,
Mit Hilfe der Kristallographie neue Produkte, wie beispielsweise Dämmstoffe, entwickelt
(and heating
werden, bill)
die den while curtailingeines
Energieverbrauch carbon emissions,
Hauses such
(und die as insulating
Heizkosten) materials.
senken It can die
und gleichzeitig
also identify new materials
Kohlendioxidemissionen which reduce
begrenzen. the cost
Es können auchofneue
solarMaterialien
panels, windmills and
ausfindig batteries
gemacht werden,
while
die diemaking them
Kosten für more efficient,Windräder
Solarkollektoren, to reduceund
wastage andsenken
Batterien improve access
und diesetogleichzeitig
green effizienter
technologies.
machen. So wird Abfall reduziert und der Zugang zu grünen Technologien verbessert.
Ökologisierung der chemischen
Greening the chemical industry Industrie
Greening
Die the chemical
Ökologisierung industry willIndustrie
der chemischen be central to von
wird greening theBedeutung
zentraler global economy.
für die Ökologisierung
TheWeltwirtschaft
der chemical industry manufactures
sein. Die chemische over 70,000
Industrie differentüber
produziert products,
70.000ranging from Produkte,
verschiedene
plastics
die and fertilizers
von Kunststoffen toDüngemitteln
und detergents and zu drugs. It is highly
Waschmitteln unddependent
Pharmazeutikaon petroleum,
reichen. Sie ist stark
consuming
abhängig von10% of global
Erdöl. Für dieoil production
Herstellung to80
von make
bis 9080–90%
% ihrerofProdukte
its products. It is thus
verbraucht sie 10% der
resource- and
weltweiten energy-hungry.
Ölproduktion. Damit ist die chemische Industrie ressourcen- und energiehungrig.
In addition,
Darüber many
hinaus solvents
sind and catalystsund
viele Lösungsmittel areKatalysatoren
toxic and disposal of chemical
giftig und waste
Entsorgung is
chemischer Abfälle
complicated
ist kompliziertand
undexpensive. Toxic
teuer. Giftige undand carcinogenic Substanzen
krebserregende substances werden
are currently
derzeitbeing
in die Luft, den
released
Boden into
und dasthe air, soil
Wasser and water.
freigesetzt. According todem
Entsprechend the Umweltprogramm
United Nations Environment
der Vereinten Nationen
Programme, Western Europe
produzierte Westeuropa produced
im Jahr a total of4242Millionen
2000 insgesamt million tonnes
Tonnenof toxic waste
Giftmüll, in
fünf Millionen davon
2000,
wurden five
einmillion of which
Jahr später were exported a year later.
exportiert.
Crystallographykann
Kristallographie can zum
contribute
Designto theökologischen
von development of ecological
Baustoffen construction
in Industrie- materials
und Entwicklungsländern
in developed
beitragen. Sie and
kanndeveloping countries.die
auch dazu beitragen, It can also help to reduce
Verschmutzung pollution by
durch chemische replacing zu senken,
Lösungsmittel
chemical
indem solvents
diese with ‘green’
mit „grünen“ inorganicLösungsmitteln
anorganischen solvents basedaufon Basis
ionic ionischer
liquids and CO2. It canund CO2
Flüssigkeiten
help towerden.
ersetzt reduce mining waste and related
Die Kristallographie trägt zucosts by contributing
Methoden to methods
zur selektiven which
Extrahierung bestimmter benötigter
selectively extract
Materialien bei undonly the materials
hilft damit, required.
Bergbauhinterlassenschaften und damit verbundene Kosten zu reduzieren.
Herausforderung
Health challengesGesundheit
Health
Die challenges will
gesundheitlichen remain dauntingwerden
Herausforderungen in the decades to come. There
in den kommenden is still no
Jahrzehnten gewaltig bleiben.
effective
Es vaccine
gibt zum ornoch
Beispiel curekeinen
for such pandemics
wirksamen as HIV/AIDs,
Impfstoff dengue
oder eine Heilungfever and malaria,
für solche Pandemien wie HIV/
for instance,
AIDS, which continue
Dengue-Fieber to ravage
und Malaria, the developing
die insbesondere in den world in particular. weiterhin wüten.
Entwicklungsländern
Viele
ManyGesundheitsprobleme in Entwicklungsländern
health problems in developing countries aresind mitto
linked dem
thefehlenden Zugang
lack of access to zu sauberem
Wasser und sicherer
clean water and safeSanitärversorgung verknüpft.
sanitation, including Das schließt
diaorrheal diseasesDurchfallkrankheiten
like cholera or the wie Cholera
oder diedisease
chronic chronische Erkrankung Schistosomiasis
schistosomiasis, ein, von
with an estimated 90%denen geschätzte
of cases mindestens 90% der
at least reported
Fälle aus Afrika berichtet wurden.
in Africa.
However, developing
Allerdings countries are also
sind die Entwicklungsländer exposed
auch to the same
den gleichen chronicgesundheitlichen
chronischen health burdens
as developedz.B.
Belastungen, countries, including heart
Herzerkrankungen, Krebsdisease, cancer and,
und zunehmend increasingly,
Diabetes, diabetes
wie die entwickelten
(see photo).
Länder ausgesetzt (siehe Foto auf der folgenden Seite).
Other
Zu denserious
anderen health concerns
ernsten that affect rich and
Gesundheitsproblemen, diepoor countries
reiche und armealike include
Länder the
gleichermaßen
emergence
beeinflussen,ofgehören
new pathogens and the
die Entstehung growing
neuer resistance of bacteria
Krankheitserreger to existing Resistenz
und die zunehmende
medical
von treatments.
Bakterien gegen existierende medizinischen Behandlungen.
Crystallography
Mittels can tackle
Kristallographie the growing
kann etwa resistance
die zunehmende of bacteria
Resistenz to antibiotics,
von Bakterien gegenfor instance.bekämpft
Antibiotika
TogetherZusammen
werden. with Venkatraman Ramakrishnan
mit Venkatraman and Thomas
Ramakrishnan und ThomasSteitz, crystallographer
Steitz ist es der Kristallographin
Yonathgelungen,
Ada Yonath has managed to determine
die Struktur the structure
des Ribosoms of the ribosome
zu bestimmen und die Art and
undthe waywie
Weise, it ises durch
disrupted by
Antibiotika antibiotics.
gestört Ribosomes
wird. Ribosomen are
sind fürresponsible for the
die Herstellung allerproduction of all proteins
Proteine in lebenden Zelleninvon
living cells,Tieren,
Menschen, including thoseund
Pflanzen of humans,
Bakterien plants and bacteria.
verantwortlich. Wenn die If the work
Arbeit desofRibosoms
the ribosome is wird,
behindert
impeded,
stirbt the cell
die Zelle. dies. Ribosomes
Ribosomen are a keyfür
sind ein Hauptziel target for antibiotics,
Antibiotika, as antibiotics
da Antibiotika in der Lageare able
sind, die ribosomale
to attack
Aktivität vontheschädlichen
ribosomalBakterien
activity of harmful bacteria
anzugreifen, während while leaving human
menschliche Ribosomen ribosomes
unberührt bleiben. Im
untouched.
Jahr 2008 wurdeIn 2008,
Prof.Prof.
YonathYonath
für ihrewas awarded
Arbeit mit demthe L’Oréal-UNESCO Prize
L‘Oréal-UNESCO-Preis fürfor Women
Frauen in derinWissenschaft
Science for herund
ausgezeichnet workeinand,
Jahraspäter
year later, all three
erhielten scientists
die drei receivedden
Wissenschaftler theNobelpreis.
Nobel Prize.
Die
The Tropen
tropics sind insbesondere
in particular mit einer
are blessed withreichen biologischen
a rich biodiversity Vielfalt
that oftengesegnet,
remains die oft noch
wenig genutzt wird.
underexploited. Kristallographie
Crystallography can kann den tropischen
help countries Ländern
to identify helfen, dieand
the properties Eigenschaften
und das Verhalten
behaviour endemischer
of endogenous plants,Pflanzen
with im Hinblick
a view auf dieskin
to developing Entwicklung
and healthvon Haut-
care und
products,
Gesundheitspfl
herbal remediesegeprodukten,
and so on. pflanzlichen Heilmitteln etc. zu identifizieren.Whowird
Wer will benefi t from
vom internationalen
the International
Jahr Year
der Kristallographie
of Crystallography?
profitieren?
The Year willRegierungen
Zielgruppe target governments
By interacting
Durch with them
die Interaktion and advising on the design
mit Regierungsorganisationen undofdie
policies which:
Beratung bei der Konzeption von Richtlinien mit dem Ziel:
�finance
�� der the establishment
Finanzierung and operation
der Gründung of at least
und des Betriebs one national
mindestens einescrystallography
nationalen Kristallographiezentrums
centre
pro per country;
Land;
�develop
�� der cooperation
Entwicklung with crystallography
von Kooperationen centres abroad, as well
mit Kristallographiezentren as with sowie mit Synchrotronanlagen
im Ausland,
synchrotron
und anderen and other large-scale facilities;
Großgeräten;
�� der Förderung
�foster dercrystallography
the use of Nutzung der Kristallographie in development;
in research and Forschung und Entwicklung;
�foster
�� der researchkristallographischer
Förderung in crystallography; Forschung;
�introduce
�� der crystallography
Einführung into school
der Kristallographie andSchulunterricht
in den university curricula, or modernize
und Universitätslehrpläne bzw. der
existing curricula.
Modernisierung von bestehenden Lehrplänen.
In den vergangenen 20 Jahren ist
In addition,
Zusätzlich a series
sind of regional
eine Reihe summit
regionaler meetings
Gipfeltreffen are planned
geplant, to highlight the
um auf Schwierigkeiten in der
die Zahl der Menschen mit Diabetes
difficulties wissenschaftlichen
weltweiten in conducting first-rate scientific research
Spitzenforschung in parts
hinzuweisen of the aufzuzeigen,
und Wege world and exzellente
weltweit von 30 Millionen auf 230
identify ways
Forschung of overcoming
zu ermöglichen. Die these. The meetings
Gipfeltreffen will bring
werden Länder together countries
unterschiedlichster that
Sprache, In the past 20 years, the number of
Millionen gestiegen (nach der
are divided
Ethnizität, by language,
Religion ethnicity,
oder politischer religion,
Systeme or political factors,
zusammenbringen, to delineate future
um Zukunftsperspektiven people with diabetes
International Diabetes worldwide has
Federation).
perspectives
in den Bereichen forWissenschaft,
science, technology andund
Technologie related industrial
damit development,industrieller
zusammenhängender and identify risen from 30 million to 230
Sieben von den zehn am schwersten million,
job opportunities.
Entwicklung zu entwerfen, und neue Chancen für die Schaffung von Arbeitsplätzen aufzeigen. according
von Diabetesto the International
betroffenen Ländern
Diabetes
sind Federation.
entweder Seven of the top
Entwicklungsländer
oder Schwellenländer,
ten countries for diabetesdarunter China
are either
The Year willSchulen
Zielgruppe target schools and universities
und Universitäten und Indien. countries
developing In der Karibik und dem
or emerging
Nahen Osten
economies, leiden China
including etwa 20%and der
India.
To introduce
Einführung the teaching of crystallography
kristallographischer Lehre unter anderem it is still absent, via, inter alia:
wheredurch: Erwachsenen an and
Diabetes.
In the Caribbean MiddleWäre
East,die
about
Struktur von natürlichem
20% of adults Insulin, das in
suffer from diabetes.
�travelling
�� mobile laboratories
Laboratorien, dieprepared
durch diebyIUCr
theinInternational Unionmit
Zusammenarbeit ofRöntgenanalytik-
Crystallography
der Bauchspeicheldrüse produziert wird,
which will gestaltet
herstellern demonstrate
werdenhowund
diffinractometers workAfrikas
Ländern Asiens, in countries in Asia, Africa and
und Lateinamerikas Had the structure of natural insulin,
nicht durch die röntgenographischen
Latin America, in
demonstrieren, collaboration
wie with diffractometer
mit Röntgendiffraktometern manufacturers;
gearbeitet wird; produced by the pancreas, not been
Methoden der Kristallographie bestimmt
determined
worden, wärebyesX-ray crystallography,
heute nicht möglich,
�thelaufende
�� die ongoingUniversitätsinitiative
Initiative in Africa for
in universities
Afrika (siehe(see boxnächste
Kasten overleaf), which
Seite), diewill be it would be impossible to manufacture
das lebensrettende biosynthetische
intensified und
intensiviert and auf
extended
Ländertoincountries
Asien undinLateinamerika
Asia and Latinausgedehnt
America which
werdenlackwird, in the life-saving biosynthetic
„Humaninsulin“ herzustellen.‘human’
crystallography
denen teaching;
es an kristallographischer Lehre fehlt; insulinWikipedia
Foto: today. Photo: Wikipedia
�hands-on demonstrations
�� praktische Vorführungen undand
competitions in
Wettbewerbe in Grund-
primaryund
and
secondary schools;
Sekundarschulen;
�problem-solving projects
�� lösungsorientierte Projekteforfür
Crystallography matters!
na klar!
school pupilsund
Schülerinnen which use their
Schüler, in denen
knowledge
sie of crystallography,
ihre Kenntnisse in Kristallographie,
physicsund
Physik andChemie
chemistry;
anwenden können;
�a travelling
�� eine exhibition for
Wanderausstellung für Schulen
Kristallographie,
schools
und and universities
Universitäten on
über Kristallographie
Crystallography
und geometrischeand Geometric
Kunst in der
Art in the Arabo-Islamic
arabisch-islamischen Welt,World,
organisiert
organized
von by the Moroccan
der marokkanischen Vereinigung
Association
für of Crystallography
Kristallographie (siehe Kasten(see
box page
Seite 12).Ausstellung
12). Die The exhibitionwirdwill
auch
alsoProzess
den demonstrate crystallization
der Kristallisation sowie
andRöntgendiffraktion
die X-ray diffraction using a wobei
zeigen,
portable
ein diffractometer.
transportables Diffraktometer
verwendet wird.
9Sie können auch lesen
