Natur & Technik

Sauerstoff- (oben) und Stickstoffatome (unten) in Kohlenstoffnetzwerk © Hofer&Meyer, CreativeCommons 4.0
Sauerstoff- (oben) und Stickstoffatome (unten) in Kohlenstoffnetzwerk © Hofer&Meyer, CreativeCommons 4.0

APA

Forscher beobachten Sauerstoff bei "flottem Dreier"

21.10.2019

Jedes Element kann eine charakteristische Anzahl an Bindungen eingehen - abhängig von der Zahl der Elektronen in der äußersten Schale. Demnach kann sich etwa Sauerstoff nur mit einem oder zwei anderen Atomen verbinden. Physiker der Unis Wien und Tübingen berichten nun im Fachjournal "Nature Communications", dass Sauerstoff unter speziellen Bedingungen auch einen "flotten Dreier" eingehen kann.

Im Periodensystem stehen Elemente mit ähnlichen Eigenschaften jeweils in einer Gruppe untereinander. Die Nummer der Hauptgruppe gibt dabei an, wie viele Elektronen sich auf der äußersten Schale eines Atoms befinden ("Valenzelektronen"). Entsprechend viele Bindungen kann ein Element eingehen. Kohlenstoff steht in der Hauptgruppe IV, kann also bis zu vier Bindungen eingehen und Stickstoff - in der Hauptgruppe III - bis zu drei. Sauerstoff befindet sich in der Hauptgruppe II und kann demnach nur eine oder zwei Bindungen haben.

Keine Regel ohne Ausnahme

Aber: In einem ungewöhnlich stark geladenen Zustand kann Sauerstoff auch drei Bindungen eingehen. Dieses sogenannte Oxonium ist allerdings nur schwer zu stabilisieren, erklärte Christoph Hofer von der Fakultät für Physik der Universität Wien in einer Aussendung. Er hat mit einem Forscherteam unter Leitung von Jani Kotakoski von der Uni Wien und Jannik Meyer von der Uni Tübingen die Bindung einer großen Anzahl von Stickstoff- und Sauerstoffatomen mit Hilfe von Raster-Transmissions-Elektronenmikroskopie untersucht. Möglich wurde dies durch die Einbettung der Atome in das nur eine Atomlage dünne Kohlenstoffmaterial Graphen.

Dabei zeigte sich, dass die Stickstoff- und Sauerstoffatome größtenteils in der aus dem Lehrbuch bekannten Form an ihre Nachbarn binden: Stickstoffatome waren an zwei oder drei Kohlenstoffatome gebunden, die meisten Sauerstoffatome an zwei Kohlenstoffatome. "Was uns jedoch wirklich überraschte, war das zusätzliche Vorhandensein von Strukturen mit Sauerstoff, die an drei Kohlenstoffnachbarn gebunden sind", so Hofer. Im Gegensatz zu Oxonium war diese Struktur mit drei Bindungen bemerkenswert stabil. Es zeigte sich auch eine "gepaarte Sauerstoff"-Konfiguration, bei der zwei Sauerstoffatome benachbarte Stellen im Graphengitter besetzen, jedoch keine Bindung eingehen.

Diese neuen Bindungskonfigurationen liefern nicht nur neue Einblicke in die Bausteine des Lebens, zu denen Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff zählen. Die Erkenntnisse könnten auch zur Entwicklung neuer Materialien führen.

Service: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-12537-3

STICHWÖRTER
Physik  | Chemie  | Wien  | Wissenschaft  | Naturwissenschaften  |
Weitere Meldungen aus Natur & Technik
APA
Partnermeldung