Chemie der Musterbildung

Zusammenfassung

Entfaltung und Entwicklung makroskopischer Strukturen sind typische Erscheinungen nicht nur der belebten Natur. So lernten wir im letzten Kapitel die Grundlagen physikalischer „Diffusionsmuster“ (z. B. Schneeflocken) kennen, die viele erstaunliche Ähnlichkeiten zu den „Mustern des Lebendigen“ zeigen. Die Entwicklung geordneter Strukturen in chemischen Prozessen dürfte allerdings nicht zum alltäglichen Erfahrungsschatz gehören, insbesondere wenn sich die Muster in einer Flüssigkeit ausbilden. Üblicherweise spielen sich im gesamten Volumen z. B. eines Reagenz- oder Becherglases dieselben Reaktionen ab, wobei dieser Gleichverteilung meist durch ständiges Rühren nachgeholfen wird. Überläßt man jedoch gewisse chemische Reaktionen „sich selbst“, so können durch das Zusammenspiel zwischen miteinander gekoppelten Reaktionen und physikalischen Transportprozessen (meist Diffusion, häufig aber auch hydrodynamische Flüsse) räumliche Konzentrationsunterschiede entstehen, die entweder als stationäre Muster verharren oder als scharfe Fronten durch die Lösung wandern. Die Entstehung stationärer Muster, sogenannter Turingmuster, ist Thema eines weiteren Beitrags (Kap. 13). Wir legen im folgenden hingegen den Schwerpunkt auf die Betrachtung „wandernder Strukturen“ in Reaktions-Diffusions-Systemen.