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Einzelne Elektronen: Besonders reaktive Moleküle
Elektronen in Molekülen existieren normalerweise
paarweise, was letztendlich zur chemischen Bindung und damit zum
Zusammenhalt von Atomen in Molekülen führt. "'Einsame' oder
'ungepaarte' Elektronen, beispielsweise in Molekülen mit einer
ungerade Zahl an Elektronen, führen zu meist hochreaktiven Molekülen
mit ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften, den Radikalen", erläutert
Prof. Sander. Dass diese Radikale auch noch "magnetisch" sind, macht
sie um so interessanter. Einige Moleküle mit geraden Elektronenzahlen
enthalten ebenfalls ungepaarte Elektronen, es handelt sich dann um
sog. Diradikale. Bei diesen Molekülen erzwingt die besondere Anordnung
der Atome, dass zwei "einsame" Elektronen keine Verbindung eingehen
können.
Extreme Kälte erlaubt neues Triradikal zu
isolieren
Der Bochumer Arbeitsgruppe ist es jetzt gelungen,
ein kleines organisches Molekül mit gleich drei ungepaarten
Elektronen, ein Triradikal, zu isolieren. Es handelt sich um ein
Benzolmolekül, bei dem drei Wasserstoffatome entfernt wurden. Die
Eigenschaften dieses Moleküls waren bereits im letzten Jahr von einer
amerikanischen Arbeitsgruppe vorhergesagt worden, aber erst jetzt
konnte es auch tatsächlich hergestellt und isoliert werden. "Dazu sind
allerdings extrem tiefe Temperaturen von -270 Grad notwendig - das
sind nur drei Grad über dem absoluten Nullpunkt von -273 Grad", so
Prof. Sander. Die Wechselwirkungen zwischen den drei ungepaarten
Elektronen führen zu einer sehr komplizierten elektronischen Struktur,
die sich auch mit den modernen Methoden der Computerchemie nur schwer
verstehen lässt. So ist eines der Ergebnisse der Experimente, dass die
bisherigen theoretischen Vorhersagen falsch waren.
Modell zum Verständnis und Vorlage zum Design
neuer Materialien
Moleküle wie das hier vorgestellte mit vielen
ungepaarten Elektronen dienen dazu, das Phänomen der chemischen
Bindung besser zu verstehen und theoretische Modelle zu verbessern.
Sie stellen sowohl für die experimentelle Chemie als auch für die
Theorie eine besondere Herausforderung dar. Sie sind schwer faßbar,
können aber bei Verbrennungsprozessen und bei der photochemischen
Spaltung von Molekülen eine entscheidende Rolle spielen. Und sie
dienen als Vorlage zum Design von organischen magnetischen
Materialien, nach denen in vielen Laboratorien weltweit intensiv
geforscht wird. Für solche nichtmetallische Magnete, die leicht und
gut verformbar sind, gäbe es zahlreiche industrielle Anwendungen. |
