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Neue Wege zur Bildung hydratisierter Elektronen
Hannover (vws) Elektronen, die negativ geladenen Elementarteilchen innerhalb des Atoms, kommen in der Natur so gut wie nie frei vor. Sie sind äußerst reaktiv und daher fast immer in Molekülen gebunden. Der Chemiker muß aber großes Interesse haben, isolierte reaktive Elektronen zu erzeugen; zum einen können sie ihm grundlegende Erkenntnisse über Reaktionen vermitteln, zum anderen bei der Herstellung von bestimmten Kunststoffen oder zum Beispiel beim Abbau von Schadstoffen nützlich sein. Um neue Wege, mittels chemischer Zwischenschritte hydratisierte (in Wasser aufgelöste) Elektronen zu erzeugen, geht es in einem Forschungsprojekt "Zweiphotonenionisation über Absorption/Elektronentransfer/Absorption", das unter der Leitung von Professor Dr. Martin Goez, Fachbereich Chemie der Universität Halle, durchgeführt wird. Die Volkswagen-Stiftung in Hannover fördert die Untersuchungen im Rahmen ihres Schwerpunktes "Intra- und intermolekulare Elektronenübertragung" mit rund 227.000 Mark.
Freie, in Wasser aufgelöste Elektronen lassen sich durch Gammastrahlung oder kurzwelliges ultraviolettes Licht kurzzeitig erzeugen. Licht besteht aus kleinsten Teilen, sozusagen Energiepäckchen, den sogenannten Photonen. Für eine bestimmte Wellenlänge (also Farbe) des Lichtes hat jedes dieser Päckchen die gleiche Energie. Man kann nun Licht einer Wellenlänge, die im Sonnenspektrum enthalten ist, benutzen, um hydratisierte Elektronen zu erzeugen, indem man sie aus Molekülen einer chemischen Verbindung "herausschlägt". Dabei stellt man fest, daß im allgemeinen zwei Photonen nötig sind, um ein Elektron zu produzieren, da der Energieinhalt eines einzelnen Photons nicht ausreicht. Daß es sich mit zwei Photonen bewerkstelligen läßt, obwohl diese so gut wie nie gleichzeitig auf das Molekül fallen, liegt daran, daß das Molekül die Möglichkeit besitzt, die Energie eines Photons für kurze Zeit zu speichern. Der Chemiker spricht von einem "angeregten Zustand", in dem sich das Molekül für etwa eine millionstel bis milliardstel Sekunde befindet, bis es seine Energie (im allgemeinen in Form von Wärme) wieder verliert. Wenn während dieser Zeitspanne ein zweites Photon auftritt, kann es das Elektron freisetzen, weil seine Energie zusammen mit der gespeicherten Energie des ersten Photons dazu ausreicht. Weil aber das zweite Photon wirkungslos bleibt, wenn es nicht innerhalb der Lebensdauer des angeregten Zustands einfällt, ist diese Vorgehensweise nicht sehr effizient.
Einen deutlich effizienteren Zugang zu hydratisierten Elektronen hat die Forschungsgruppe von Professor Dr. Martin Goez an der Martin Luther Universität Halle gefunden. Der Kerngedanke besteht darin, dem Reaktionsgemisch eine Hilfssubstanz zuzufügen, die mit dem jeweiligen Molekül normalerweise nicht reagiert, wohl aber mit dessen angeregtem Zustand. Dadurch läßt sich die Energie des ersten Photons auf chemische Weise speichern. Besonders gut eignen sich dazu Substanzen, die dem angeregten Molekül ein zusätzliches Elektron "aufnötigen". Dieses überzählige Elektron kann naturgemäß durch das zweite Photon leicht freigesetzt werden; der Hauptvorteil liegt aber darin, daß die energiespeichernden Zwischenstufen (Radikale), die durch die Hilfsreaktion entstehen, deutlich langlebiger sind als die angeregten Zustände. Damit erhöht sich die Ausbeute an hydratisierten Elektronen entsprechend.
Zu den Vorteilen dieses Verfahrens gehören auch die schonenden Bedingungen, da keine UV-Strahlung nötig ist, und die große Selektivität: Weil Moleküle nur bei bestimmten Wellenlängen Photonen absorbieren, kann man in einem Reaktionsgemisch ganz gezielt einzelne Komponenten anregen und somit möglichst effiziente Elektronenquellen für den jeweiligen Zweck "maßanfertigen".
Kontakt: Prof. Dr. Martin Goez, Telefon: (0345)5525666, e-mail: goez@chemie.uni-halle.de
Criteria of this press release:
Biology, Chemistry
transregional, national
Research projects
German
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