Bildung & Gesellschaft

Wir Naturwissenschaftler setzen Netzwerken gerne mit Vetternwirtschaft gleich. Klar, wer will schon zehn Jahre an der Uni buckeln, um dann vom Freund des Vaters in den ersten Job gelobt zu werden? Und „strategisches Netzwerken“ klingt so, als wolle man alle Freunde und Bekannten für eigene Zwecke einspannen. Aber ist das auch wirklich so? Oder verweigern wir hier nur einen Schritt heraus aus unserer Komfortzone, um uns selbstzufrieden in der eigenen Schein-Integrität zu sonnen?Coachinggespräch mit einem Postdoktoranden, der den Sprung in die Industrie schaffen möchte. Die Promotionsstelle hat er durch die Empfehlung des Betreuers seiner Masterarbeit erhalten, für den Postdoc erhielt er einen Tipp von einer alten Bekannten. „Sie sind ja ein toller Netzwerker,“ stelle ich fest. Er: „Ach, eigentlich nicht, das waren beides Zufälle.“ „Tun Sie aktiv etwas für Ihr Netzwerk?“ „Nein, eigentlich gar nichts.“ Und so war es auch, selbst als ich tiefer bohrte: keine Meetings, Alumni-Treffen, Messen oder Konferenzen waren auf dem Programm, außer er wurde explizit von seinen Professoren geschickt. „Sie waren in beiden Fällen mit Ihrem Netzwerk sehr erfolgreich auf Stellensuche,“ wende ich ein, „das sollte bei Ihrer dritten Stelle eine Rolle bei Ihrer Strategie spielen.“Für uns geradlinig denkende Naturwissenschaftler ist die Jobsuche oft ein linearer Prozess: interessante Arbeitgeber und Stellenanzeigen identifizieren, bewerben und dann auf Erfolg hoffen. Auf diese Art und Weise werden allerdings nur relativ wenige Stellen vergeben. Netzwerken spielt bei fast allen Bemühungen eine Rolle, oftmals sogar eine zentrale.Wie sieht gutes Netzwerken aus? Mit angemessener Breite und Tiefe Kontakte aufbauen und aufrechterhalten. Die Frage, die Sie dabei im Hinterkopf behalten sollten: „Wie kann ich Frau X, die ich gerade kennengelernt habe, unterstützen?“ Wenn Sie dann selbst ein Anliegen haben, fällt es Ihnen leichter, dieses zu äußern. Mit etwas Vorbereitung und Kreativität können Sie leicht Situationen identifizieren, bei denen beide Seiten gewinnen, und kommen so möglicherweise an schwer zugängliche Informationen heran. So könnten Sie fragen: „Sie haben bei Professor Y. promoviert? Die hat doch eine Stiftungsprofessur von Z-Pharma inne, oder?“ Und dann erwähnen Sie beispielsweise, dass Sie einen Interviewpartner für das Universitätsmagazin suchen: „Wir würden gerne darüber schreiben, wie sich das Arbeitsumfeld in Pharmakonzernen verändert hat. Kennen Sie jemanden aus Ihrer ehemaligen Arbeitsgruppe, der an einem solchen Gespräch interessiert sein könnte?“ Und schon haben Sie eine Quelle für Informationen aus erster Hand und können nicht nur einen Artikel schreiben, sondern auch eine zielgerichtete Bewerbung für Z-Pharma verfassen.Der promovierte Chemiker Philipp Gramlich ist Mitgründer von Natural Science Careers, einem Unternehmen für Karriereberatung und Soft-Skill-Seminare für Naturwissenschaftler. Im letzten Jahr ist sein „Karriereführer für Naturwissenschaftlerinnen – Erfolgreich im Berufsleben“ erscheinen. Für die Nachrichten aus der Chemie schreibt er über Beobachtungen aus seiner Beratungstätigkeit.<div><img src="https://media.graphcms.com/CduTxDXBQuSmu2uqFDmP">

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Meldung

Karrierekolumne: Strategisches Netzwerken

Wir Naturwissenschaftler setzen Netzwerken gerne mit Vetternwirtschaft gleich. Klar, wer will schon zehn Jahre an der Uni buckeln, um dann vom Freund des Vaters in den ersten Job gelobt zu werden? Und „strategisches Netzwerken“ klingt so, als wolle man alle Freunde und Bekannten für eigene Zwecke...

Prof.Dr.

Bei Schulversuchen laufen chemische Reaktionen gewöhnlich in Reagenz- oder Bechergläsern ab. Doch auch Alginatkugeln sind reizvolle Reaktionsgefäße: Donor-Akzeptor-Reaktionen, bei denen sich die Farbe ändert, lassen sich in diesen durchsichtigen Kügelchen besonders gut beobachten.
Das Donor-Akzeptor-Prinzip gehört zu den Basiskonzepten, die der Chemieunterricht als Systematisierungshilfen vermittelt. Anhand dieses Konzepts lässt sich ein großer Teil der chemischen Reaktionen in Säure-Base- sowie in Redoxreaktionen einteilen.Inspiriert von Bubble Tea, vor ein paar Jahren ein Modegetränk mit Kügelchen aus Alginat, kam die Idee auf, bei Schulversuchen Donor-Akzeptor-Umsetzungen im Innern von Alginatbällchen ablaufen zu lassen. Dabei werden die Reaktionen über Diffusionsprozesse gesteuert; der Experimentator nutzt dabei aus, dass einige Redoxsysteme pH-abhängig sind. Diese Experimente machen nicht nur den Zusammenhang zwischen dem Redoxpotenzial bestimmter Redoxsysteme und dem pH-Wert sichtbar, sie zeichnen sich auch durch ihre besondere Ästhetik aus, sind für Schüler leicht durchzuführen und brauchen nur wenig Ressourcen. Die genauen Vorschriften für die Experimente sind in der Literatur nachzulesen.1–4)<h2>Bällchen aus Natriumalginat</h2>Der britische Chemiker und Pharmazeut Edward Curtis Stanford gewann erstmals im Jahr 1880 Alginsäure, das strukturgebende Element der Zellwände von Braunalgen. Heute nutzt die Lebensmittelindustrie Alginsäure und ihre Salze als Emulgatoren, Gelier-, Überzugs- oder Verdickungsmittel. Sie eignen sich auch als Wundauflage oder Abformmasse zu medizinischen Zwecken.Chemisch gesehen sind Alginate Salze der Polyuronsäuren. Die monomeren Bausteine sind die Anionen der beiden Uronsäuren α-L-Guluronsäure und β-D-Mannuronsäure, welche 1,4-glycosidisch in wechselndem Verhältnis zu langen Ketten verbunden sind (Polymerisationsgrad: 100 bis 3000). Dabei kommen sowohl homopolymere Blöcke (MM- und GG-Blöcke) als auch Sequenzen mit alternierender Struktur (MG- oder GM-Blöcke) vor. In Gegenwart von bestimmten Metallionen, zum Beispiel Kupfer(II)- oder Calciumionen, gelieren die Polymere. Hier sind vor allem die GG-Blöcke entscheidend, da sie im Gegensatz zu den MM-Blöcken eine Zickzack-Struktur aufweisen. Wenn sich zwei oder mehrere Moleküle zusammenlagern, entstehen so Hohlräume, in denen die Metallionen koordinativ gebunden werden und somit dreidimensionale Strukturen entstehen.Der Gelierprozess lässt sich nutzen, um Alginatbällchen herzustellen. Hierzu wird Natriumalginat unter Erwärmen in Wasser gelöst und anschließend in eine wässrige Calciumsalzlösung getropft. Sobald der Tropfen in die Lösung taucht, geliert dessen Rand. Auf diese Weise bildet sich ein in wässrigen Lösungen schwerlöslicher, kugelförmiger Calciumalginatmantel mit einem Durchmesser von etwa 4 mm, der Natriumalginatlösung einschließt.<h2>Säure-Base-Reaktionen</h2>Um Reaktanden in die Alginatbällchen einzuschleusen, müssen sie der Natriumalginatlösung zugesetzt werden, bevor diese in die Calciumchloridlösung getropft wird. Dadurch lassen sich zum Beispiel Indikatoren in die Alginatbällchen einschließen, letztere werden anschließend in wässrige Lösungen mit unterschiedlichen pH-Werten überführt. Die Oxonium- oder die Hydroxidionen diffundieren durch den Calciumalginatmantel und bewirken eine Farbänderung des Indikators.Indikatoren in Alginatbällchen können auch dann ihre Farbe ändern, wenn die umgebende Atmosphäre mit bestimmten Gasen angereichert ist. Abbildung 1 zeigt Universalindikator-Alginatbällchen in mit Kohlenstoffdioxid und mit Schwefeldioxid angereicherter Umgebung. Nicht die Gase selbst diffundieren dabei in das Innere der Bällchen, sondern im wässrigen Flüssigkeitsfilm auf der Bällchenoberfläche bilden sich Oxoniumionen, die durch den Calciumalginatmantel wandern. Im Fall der genannten Gase zeigt der Indikator an, dass bei Kontakt der Gase mit den Alginatbällchen unterschiedlich stark Lösungen entstehen. Während sich nur ein vergleichsweise kleiner Teil der gelösten Kohlenstoffdioxidmoleküle zu Oxoniumionen und Hydrogencarbonationen umsetzt, geht aus der Reaktion von Schwefeldioxid mit Wasser die stärkere schweflige Säure hervor.<figure><img src="https://media.graphcms.com/ZHgqHxxRY6AuAKm4rFRF"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Universalindikator-Alginatbällchen in Luft (Vergleichsprobe links), in mit Kohlenstoffdioxid (Mitte) und Schwefeldioxid angereicherter Atmosphäre.</figcaption></figure>
<h2>Fluoreszenzfarbstoffe</h2>Einige gelbe Textmarker (zum Beispiel von Herlitz, Faber-Castell oder Pelikan) enthalten den Fluoreszenzfarbstoff Pyranin (Trinatrium-8-hydroxypyren-1,3,6-trisulfonat). Am polyaromatischen Ringsystem dieses Farbstoffs ist eine Hydroxygruppe gebunden, die reversibel deprotonierbar ist.Die protonierte Form ist farblos. Wird der Farbstoff deprotoniert, erhöht sich die Mesomerie, und der Farbstoff sieht bei Tageslicht gelb aus. Unter UV-Licht (λ = 365 nm) betrachtet sieht dieser Farbwechsel wesentlich spektakulärer aus, denn eine farblose (saure) Pyranin-Lösung fluoresziert blau, die gelbe (alkalische) Lösung grün.<h2>Redoxreaktionen</h2>Um eine Redoxreaktion in Alginatbällchen zu demonstrieren, eignet sich die Oxidation von Iodid- mit Nitrationen:2 NO3– + 6 I– + 8 H+ → 2 NO + 3 I2 + 4 H2OHierzu werden Kaliumiodid, Natriumnitrat und gegebenenfalls Stärke in Natriumalginatlösung gelöst und diese anschließend in eine Calciumchloridlösung getropft. Die Alginatbällchen, die dabei entstehen, sind farblos, die eingeschlossenen Stoffe reagieren also zunächst nicht miteinander. Dies ändert sich, sobald die Alginatbällchen mit einer sauren Lösung überschichtet werden und Oxoniumionen ins Innere der Bällchen diffundieren. Diese bewirken, dass das stark pH-abhängige Redoxpotenzial der Nitrationen steigt, und zwar über das Redoxpotenzial des Redoxpaares I–/½ I2. Die Redoxreaktion setzt ein, und die Alginatbällchen bilden nach wenigen Sekunden einen braunen Rand. In Gegenwart von Stärke ist dieser Rand blau-violett, da sich der Iod-Stärke-Komplex bildet. Die Farbänderung dringt mit zunehmender Versuchsdauer ins Innere der Alginatbällchen vor (Abbildung 2).<figure><img src="https://media.graphcms.com/FEVTvfWoRnepFpdZBpbm"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Alginatbällchen, beladen mit Stärke, Natriumnitrat und Kaliumiodid in Salzsäure (von links nach rechts: wenige Sekunden nach dem Eintauchen; nach zirka 30 s; nach zirka 2 min). Das Schnappdeckelgläschen stand bei den Aufnahmen auf einer Leuchtplatte.</figcaption></figure>
Zu diesem Experiment lassen sich mit der Nernstschen Gleichung quantitative Überlegungen anstellen.3)<h2>Verschiedene Oxidationsstufen</h2>Die verschiedenen (einigermaßen stabilen) Oxidationsstufen des Mangans lassen sich ebenfalls mit Alginatbällchen in Szene setzen. In neutralen, wässrigen Lösungen wird das Permanganation bei Redoxreaktionen in der Regel zu Braunstein MnO2 reduziert, in alkalischen Lösungen tritt dagegen das grüne Manganat(VI)-Ion MnO42–-Ion und in sauren das farblose Mn2+-Ion auf. Diese Farben zeigen sich, wenn Alginatbällchen, die Kaliumpermanganat einschließen, in wässrige Natriumsulfitlösungen mit dem passenden pH-Wert eintauchen (Abbildung 3, S. 467).<figure><img src="https://media.graphcms.com/HXQYLgFVR6uN74UfA8sS"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Alginatbällchen, in denen Kaliumpermanganat eingeschlossen ist, in saurer, neutraler und alkalischer Natriumsulfitlösung (von links nach rechts; Aufnahmen zirka zwei Minuten nach dem Überschichten).</figcaption></figure>
Unter bestimmten Versuchsbedingungen können mehrere Redoxreaktionen nacheinander im Innern von Alginatbällchen ablaufen, was im folgenden Beispiel zu einem überraschenden reversiblen Farbwechsel führt.In Alginatbällchen befinden sich Stärke, Kaliumiodid und Kaliumiodat. Die zunächst farblosen Alginatbällchen nehmen beim Eintauchen in eine schwefelsaure Natriumsulfitlösung hellblaue Farbe an, die nach zirka 30 Sekunden in Dunkelblau übergeht. Nach etwa einer Minute beginnen sich die Alginatbällchen von außen zu entfärben. Bei genauer Beobachtung ist die Entfärbung schon wenige Sekunden nach der Blaufärbung wahrnehmbar und ist nach zirka vier bis fünf Minuten vollständig abgeschlossen (Abbildung 4).<figure><img src="https://media.graphcms.com/OjhZlD9IR9WalreoEd4v"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Alginatbällchen, beladen mit Stärke sowie Iodid- und Iodationen, in schwefelsaurer Natriumsulfitlösung (von links nach rechts: wenige Sekunden nach dem Eintauchen; nach zirka 30 Sekunden; nach zirka 2 Minuten; nach zirka 4 Minuten).</figcaption></figure>
Die reversible Färbung der Alginatbällchen ist mit den unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten von Oxonium- und Sulfitionen zu erklären: Während die Oxoniumionen schnell in das Innere der Alginatbällchen eindringen und die Komproportionierungsreaktion von Iodat- und Iodid-Ionen zu Iod ermöglichen:IO3– + 5 I– + 6 H+ → 3 I2 + 3 H2O,diffundieren die Sulfitionen deutlich langsamer in die Alginatbällchen und reduzieren in einer der Komproportionierung nachgelagerten Reaktion das gebildete Iod zu Iodidionen:SO32–+ I2 + H2O → SO42–+ 2 I–+ 2 H+.Dadurch zerstören sie den Iod-Stärke-Komplex.<h2>Komplexbildungs- und Ligandenaustauschreaktionen</h2>Um Komplexbildungs- und Ligandenaustauschreaktionen in Alginatbällchen zu zeigen, ist die Vorgehensweise etwas anders, da die Natriumalginatlösung in Gegenwart von bestimmten Metallionen geliert. Somit kann ein entsprechendes Salz nicht einfach vor dem Eintropfen in die Calciumchloridlösung der Natriumalginat-Lösung zugesetzt werden. Stattdessen wird die Natriumalginatlösung direkt in eine Salzlösung des Metalls getropft, das als Ion eingeschleust werden soll, also zum Beispiel in eine Eisen(III)chloridlösung. Die entstehenden schwach gelben Alginatbällchen können dann in eine Kaliumthiocyanatlösung überführt werden. Dabei entstehen Aquathiocyanato-Komplexe, zum Beispiel der rote Triaquatrithiocyanatoeisen(III)-Neutralkomplex.Ein noch stärkerer Ligand ist das zweizähnige 5-Sulfosalicylat-Ion. Aus den roten Bällchen werden in einer solchen Lösung tiefviolette. Diese lassen sich mit EDTA-Lösung entfärben, das geht jedoch auf Kosten der Stabilität der Alginatbällchen: EDTA ist ein so starker Ligand, dass es sämtliche Eisen(III)-Ionen komplexiert, auch jene, die mit den Alginationen die Hülle der Bällchen bilden, und die Bällchen lösen sich auf.<h2>Ausblick</h2>Zurzeit entwickelt der Autor weitere Experimente in Alginatbällchen. Die nächsten Ziele sind die Einbindung strukturbildender und thermochromer Systeme sowie weitere Ligandenaustauschreaktionen.Die experimentell-konzeptionelle Chemiedidaktik hat zum Ziel, zukunftsweisende Themen für Schüler im Chemieunterricht zugänglich zu machen, denn sie werden die Generation sein, die diese Entwicklungen mitgestalten und vorantreiben wird. In loser Folge stellen Forscher hier ihre Ergebnisse dazu vor.<h2>Quergelesen</h2>In einer wässrigen Lösung, die bestimmte Ionen wie Ca2+ enthält, gelieren Tropfen einer Natriumalginatlösung zu Kugeln.Da diese Bällchen durchsichtig sind, lassen sich in ihnen chemische Reaktionen mit Farbumschlag gut beobachten. Dazu wird ein Reaktionspartner in die Bällchen eingeschlossen, der andere diffundiert aus der Lösung durch das gelierte Alginat.Für Versuche mit Alginatkügelchen eignen sich Säure-Base-Reaktionen mit farbigen Indikatoren und Fluoreszenzfarbstoffen, Redox- oder Komplexbildungsreaktionen.Die Reaktionen sind einfach durchzuführen und verbrauchen nur wenig Substanzen.Matthias Ducci studierte Chemie und Mathematik für das Lehramt an Gymnasien an der Universität Oldenburg und promovierte dort im Jahr 2000 im Arbeitskreis von Walter Jansen. Nach dem Zweiten Staatsexamen war er zunächst als Studienrat an der Kooperativen Gesamtschule Rastede und als Lehrbeauftragter an der Universität Oldenburg tätig. Im Jahre 2004 wurde er als Professor für Chemie und ihre Didaktik an die Pädagogische Hochschule Karlsruhe berufen. Er ist zudem geschäftsführender Direktor des Chemielehrerfortbildungszentrums der GDCh in Karlsruhe. Mit seiner Forschung erschließt er experimentell und konzeptionell neue Themen für einen problemorientierten und alltagsbezogenen Chemieunterricht.<div><img src="https://media.graphcms.com/0HzkOcxSBqXwek64Bo57">

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<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 S. M. Syskowski, M. Ducci, Prax. Naturwiss., Chem. Sch. 2016, 65 (7), 46–49.</li><li>
2 M. Ducci, Chemie und Schule VCÖ 2016, 31 (1), 5–10.</li><li>
3 M. Ducci, CHEMKON 2016, 23, 14–18</li><li>
4 T. Sirch, M. Ducci, CHEMKON 2015, 22, 187–189.</li></ul>

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