Simulation of weak polyelectrolytes: A comparison between the constant pH and the reaction ensemble method

The reaction ensemble and the constant pH method are well-known chemical equilibrium approaches to simulate protonation and deprotonation reactions in classical molecular dynamics and Monte Carlo simulations. In this article, we show similarity between both methods {under certain conditions}. We perform molecular dynamics simulations of a weak polyelectrolyte in order to compare the titration curves obtained by both approaches. Our findings reveal a good agreement between the methods when the reaction ensemble is used to sweep the reaction constant. Pronounced differences between the reaction ensemble and the constant pH method can be observed for stronger acids and bases in terms of adaptive pH values. These deviations are due to the presence of explicit protons in the reaction ensemble method which induce a screening of electrostatic interactions between the charged titrable groups of the polyelectrolyte. The outcomes of our simulation hint to a better applicability of the reaction ensemble method for systems in confined geometries and titrable groups in polyelectrolytes with different pK$_\text{a}$ values.Comment: 3 figure

The Spread of COVID-19 in Germany - An Application of the SIRDH Model

The paper studies the current COVID-19 pandemic by applying an adapted epidemiologic model, where each individual is in one of the five states “susceptible”, “infected”, “removed”, “immune healthy” or “dead”. We extend the basic model with time-invariant transition rates between these states by allowing for time-dependent infection rates as a consequence of lockdowns and social distancing policies as well as for time-dependent mortality rates as a result of changing infection patterns. Our model proves to be appropriate to calibrate and simulate the dynamics of COVID-19 pandemic in Germany between January and October 2020. We provide deeper insights about some key indicators such as the reproduction number, the effectiveness of non-pharmaceutical interventions, and the development of the infection and mortality rates

Food packaging as a topic of chemical education

Durchgeführte Arbeiten und Ergebnisse: Zur Erschließung des Themas Lebensmittelverpackungen im Chemieunterricht wurde zunächst eine grundlegende fachliche Recherche durchgeführt, um mögliche thematische Schwerpunkte zu identifizieren und Grundlagen für eine experimentelle Zugänglichkeit zu erarbeiten. Parallel hierzu wurde der derzeitige Stand der fachdidaktischen Forschung unter besonderer Berücksichtigung des Themas Lebensmittelverpackungen erhoben. Es zeigte sich, dass nur vereinzelt auf diese Themenstellung eingegangen wird. Dabei steht allerdings, wie etwa bei dem Recycling von Joghurtbechern, die stoffliche Weiterverwendung von Abfällen im Vordergrund, während die Anforderungen an die Eigenschaften einer Verpackung keine Rolle spielen. Daher erfahren Bau und Funktion unterschiedlicher Verpackungsmaterialien in der vorliegenden Arbeit eine besondere Berücksichtigung. Die vorliegende Arbeit umfasst im Wesentlichen zwei Schwerpunkte: - Die schulexperimentelle Erschließung des Themas Lebensmittelverpackungen für unterschiedliche Klassenstufen, - die exemplarische Ausarbeitung von Unterrichtseinheiten, die die Möglichkeit der Integration der Experimente in die Schulpraxis aufzeigen. Bei der experimentellen Entwicklung stand die Barrierefunktion der Lebensmittelverpackungen und im Hinblick auf die Verträglichkeit mit Lebensmitteln deren chemische Zusammensetzung im Vordergrund. Gesichtspunkte wie die mechanische Belastbarkeit, z. B. die Reißfestigkeit einer Verpackungsfolie, wurden erst in zweiter Linie erarbeitet. Die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen wurden thematisiert. Zunächst wurde eine Versuchsreihe ausgearbeitet, die die Funktion von Aluminiumschichten in Lebensmittelverpackungen in das Zentrum der Betrachtung stellt. Hierbei konnte zur Bestimmung der Dicke einer Aluminiumschicht mit schulischen Mitteln ein Verfahren ausgearbeitet werden, in dem die Aluminiumanteile einer ausgemessenen Fläche einer Verpackung gelöst und anschließend über eine Titration bestimmt werden. Diese Versuchsreihe kann auf viele Beispiele angewandt werden und liefert zuverlässige Ergebnisse. Der Nachweis unterschiedlicher Kunststoffe in Lebensmittelverpackungen stand im Mittelpunkt einer zweiten Versuchsserie. Hierbei wurden Versuche zur Analyse von Verpackungsstoffen (Polyolefine und Polykondensate) entwickelt und zusammengestellt. Einfache Versuche zeigen die Möglichkeit zur Trennung der Schichten von Verbundfolien sowie die chemische Beschaffenheit der verwendeten Polymere. Es wird anhand der gewählten Beispiele auf die unterschiedlichen Eigenschaften von Folien, wie Sauerstoffdurchlässigkeit und Wasserdampflöslichkeit, eingegangen. Dabei wird die gezielte Kombination unterschiedlicher Folien berücksichtigt. Eine wesentliche Fragestellung bei der Auswahl von Lebensmittelverpackungen ist die Frage nach der Barrierewirkung gegenüber unerwünschten Stoffen, z.B. von Sauerstoff. Hierbei gelang es, eine Zink-Luft-Batterie so in eine geeignete Schaltung einzubauen, dass sie zum Nachweis des Sauerstoffdurchtritts durch eine Folie verwendet werden kann. Allerdings ist dieser bei üblicherweise verwendeten Folien so gering, dass im Sinne einer didaktischen Reduktion für einen Modellversuch Backpapier eingesetzt wird, um ein Experiment zu erhalten, das in einer Schulstunde durchgeführt werden kann. Eine weitere umfangreiche Versuchsserie wurde zur Durchlässigkeit von PET-Flaschen gegenüber Kohlenstoffdioxid entwickelt. Besonders interessant für Schülerinnen und Schüler sind dabei Experimente, die zeigen, dass PET Kohlenstoffdioxid in geringen Mengen speichert. Exemplarische Unterrichtsentwürfe zeigen, welche konkreten Möglichkeiten für die Umsetzung des Themas gegeben sind. Hierfür wurden exemplarisch Entwürfe zum Forschend-entwickelnden Unterrichtsverfahren, zum Analytisch-synthetischen Verfahren, zum Expertenunterricht, zur Chemie im Kontext, zum Wahldifferenzierten Chemieunterricht und zum Projektunterricht / projektorientierten Chemieunterricht ausgearbeitet. Insgesamt vermittelt die vorliegende Arbeit einen umfassenden Zugang zum Thema Lebensmittelverpackung im Chemieunterricht, wobei ausgehend von den fachlichen Grundlagen die schulexperimentellen Möglichkeiten und Wege der unterrichtlichen Umsetzung entwickelt wurden.This work comprises two main areas: The experimental development of the subject food packages for different grade levels and the development of exemplary teaching units that demonstrate the possibility of integration of the experiments in the school practice

Emotionsarbeit im Schauspielberuf

Die vorliegende Studie widmete sich der im Schauspielberuf zu verrichtenden Emotionsarbeit, basierend auf der theoretischen Grundlage des Emotions-Regulations-Modells von Grandey (2000). Es wurde der Frage nachgegangen, wie sich das Ausmaß der Diskrepanz zwischen den Emotionen der zu spielenden Rolle(n) und den, kurz vor Vorstellungsbeginn vorhandenen, privaten Emotionen auf die der Emotionsarbeit zugrundeliegenden Regulationsmechanismen „Surface Acting“ und „Deep Acting“ auswirkt. „Surface Acting“ steht für das oberflächliche Vortäuschen von Emotionen durch rein körperlichen Gestus, während „Deep Acting“ das authentische Erleben von Gefühlen meint. Weiters sollte geklärt werden, wie sich der Einsatz dieser beiden Regulationsmechanismen auf die Dimensionen „Emotionale Erschöpfung“, „Arbeitszufriedenheit“ und „Flow-Erleben“ im Bereich des individuellen und auf „Engagement“ und „Arbeitsleistung“ im Bereich des organisationalen Wohlbefindens auswirkt. Die Erhebung erfolgte mittels einer Tagebuchstudie an einer Stichprobe von 51 professionellen Schauspieler(inne)n. Insgesamt konnte bei den Untersuchungsteilnehmer(inne)n sowohl individuelles, als auch organisationales Wohlbefinden festgestellt werden. Es zeigte sich, dass Inkongruenz zwischen Privat- und Rollenemotionen in positivem Zusammenhang mit „Deep Acting“ steht, nicht jedoch mit „Surface Acting“. Ein entsprechender Zusammenhang zeigt sich auch, nach Dichotomisierung der Gefühle in „positiv“ und „negativ“, bezogen auf negative Emotionen. Lediglich bei den positiven Emotionen konnte, im Sinne der Hypothesen, festgestellt werden, dass Inkongruenz zwischen Privat- und Rollenemotionen „Surface Acting“ begünstigt, Kongruenz hingegen „Deep Acting“. Bei den Zusammenhängen zwischen Regulationsmechanismen und Dimensionen des Wohlbefindens ergab sich ein überraschendes Ergebnis in Bezug auf „Emotionale Erschöpfung“. „Deep Acting“ zeigt hier einen fördernden, „Surface Acting“ hingegen keinen Einfluss. „Negative Affektivität“ konnte als weiterer Prädiktor ausgeschlossen werden. Auf die übrigen Zielgrößen des Wohlbefindens, mit Ausnahme der „Arbeitsleistung“, zeigte „Deep Acting“ den erwarteten, begünstigenden Einfluss. Die vermutete, abträgliche Wirkung von „Surface Acting“ auf die verbleibenden Zielgrößen konnte durchgängig bestätigt werden

Enhanced ferroelectric polarization by induced Dy spin-order in multiferroic DyMnO3

Neutron powder diffraction and single crystal x-ray resonant magnetic scattering measurements suggest that Dy plays an active role in enhancing the ferroelectric polarization in multiferroic DyMnO3 above TNDy = 6.5 K. We observe the evolution of an incommensurate ordering of Dy moments with the same periodicity as the Mn spiral ordering. It closely tracks the evolution of the ferroelectric polarization which reaches a maximum value of 0.2 muC/m^2. Below TNDy, where Dy spins order commensurately, the polarization decreases to values similar for those of TbMnO3

Transition from a phase-segregated state to single-phase incommensurate sodium ordering in Na_xCoO_2 with x \approx 0.53

Synchrotron X-ray diffraction investigations of two single crystals of Na_xCoO_2 from different batches with composition x = 0.525-0.530 reveal homogeneous incommensurate sodium ordering with propagation vector (0.53 0.53 0) at room-temperature. The incommensurate (qq0) superstructure exists between 220 K and 430 K. The value of q varies between q = 0.514 and 0.529, showing a broad plateau at the latter value between 260 K and 360 K. On cooling, unusual reversible phase segregation into two volume fractions is observed. Below 220 K, one volume fraction shows the well-known commensurate orthorhombic x = 0.50 superstructure, while a second volume fraction with x = 0.55 exhibits another commensurate superstructure, presumably with a 6a x 6a x c hexagonal supercell. We argue that the commensurate-to-incommensurate transition is an intrinsic feature of samples with Na concentrations x = 0.5 + d with d ~ 0.03.Comment: Corrected/improved versio

Magnetic field induced effects on the electric polarization in RMnO3 R Dy,Gd

X-ray resonant magnetic scattering studies of rare earth magnetic ordering were performed on perovskite manganites RMnO3 (R = Dy, Gd) in an applied magnetic field. The data reveal that the field-induced three-fold polarization enhancement for H || a (H approx. 20 kOe) observed in DyMnO3 below 6.5 K is due to a re-emergence of the Mn-induced Dy spin order with propagation vector k(Dy) = k(Mn) = 0.385 b*, which accompanies the suppression of the independent Dy magnetic ordering, k(Dy) = 1/2 b*. For GdMnO3, the Mn-induced ordering of Gd spins is used to track the Mn-ordering propagation vector. The data confirm the incommensurate ordering reported previously, with k(Mn) varying from 0.245 to 0.16 b* on cooling from T_N(Mn) down to a transition temperature T'. New superstructure reflections which appear below T' suggest a propagation vector k(Mn) = 1/4 b* in zero magnetic field, which may coexist with the previously reported A-type ordering of Mn. The Gd spins order with the same propagation vector below 7 K. Within the ordered state of Gd at T = 1.8 K we find a phase boundary for an applied magnetic field H || b, H = 10 kOe, which coincides with the previously reported transition between the ground state paraelectric and the ferroelectric phase of GdMnO3. Our results suggest that the magnetic ordering of Gd in magnetic field may stabilize a cycloidal ordering of Mn that, in turn, produces ferroelectricity.Comment: 8 Figures, v2: improved figure layou