Leitung: Jun.-Prof. Dr. Jan Meisner

Potentialflächen und Reaktionsnetzwerke – hochdimensionale Welten, mit denen Studierende der Chemie früh in Berührung kommen. Virtuelle und augmentierte Realität hilft dabei, diese Abstraktheit und Komplexität zu bewältigen. Die Studierenden lösen als Team verschiedene Aufgaben im virtuellen Raum, um mit zunehmendem Schwierigkeitsgrad sukzessive Kompetenzen zu erlangen.

Schon im zweiten Semester können Moleküle im Labor der Veranstaltung „C2: Struktur, Bindung und Reaktivität“ zu virtuellem Leben erwachen. Studierende vergleichen molekulare Strukturen und Bindungen sowie Festkörper durch Anfassen, Bewegen und Nebeneinanderlegen. Symmetrien, die unter anderem (bio-)chemische Wirkungen hervorrufen, können unmittelbar erkannt und studiert werden.

Energieflächen, die die Reaktivität von Molekülen bestimmen und den Studierenden bestenfalls in Form von „Landkarten“ veranschaulicht wurden, werden jetzt begehbar. Im virtuellen Tutorium erkundet ein Team von Studierenden Täler, die stabilen Molekülen entsprechen, und Pässe, die Reaktionsbarrieren entsprechen. Dabei identifizieren sie Charakteristika wie Übergänge verschiedener Höhe und Breite, Gabelungen und Durchdringungen.

Ausgangsstoffe chemischer Reaktionen können oft viele verschiedene Produkte bilden. Diese können wiederum Ausgangspunkte weiterer Reaktionen sein. So entsteht Schicht um Schicht ein Netzwerk mit exponentieller Komplexität. Mit einer jüngst an der HHU entwickelten Visualisierung können solche Netzwerke erstmals im Raum dargestellt und Schicht um Schicht aufgebaut werden. Die Geschwindigkeit verschiedener Reaktionen wird durch Verbindungen unterschiedlicher Breite repräsentiert und der Ablauf der Reaktionen durch virtuelles „Fluten“ des Netzwerks dargestellt. So entwickeln die Studierenden ein Gefühl für die Mechanismen der Chemie. In der erweiterten Realität erforschen sie gemeinsam, wann welche Teile solcher Netzwerke aktiv werden, um z.B. eine bimolekulare einer unimolekularen Substitution vorzuziehen.

Die Erlebnisse stehen anschließend als Video zur Verfügung, wobei die Studierenden aus Datenschutzgründen durch Avatare ersetzt werden. Diese Videos kommen sowohl zur Nachbereitung des Stoffes zum Einsatz als auch zur Vorbereitung für den nächsten Jahrgang.