Änderung des spins während Formung einer kovalenten Bindung?
Wenn die beiden Atome eine Bindung eingehen, führt dies dazu, dass die beiden Elektronen in der sigma-Bindung einen entgegengesetzten Spin haben, unabhängig von der Richtung ihrer Spins vor der Bildung der Bindung.
Sobald sich die Bindung gebildet hat, sind die Spins der Elektronen entgegengesetzt. Wenn chemische Bindungen entstehen, verbinden sich die Atome zu einem Zustand mit niedrigerer Energie.
Doch wie genau passiert das, dass der Spin des elektron plötzlich seine Richtung ändert?
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2 Antworten
Die Elektronen können ihren Spin auch ändern, sodass eine Bindung auch dann gebildet werden kann, wenn eigentlich beide Elektronen (jetzt mal von Wasserstoff ausgegangen) vorher denselben Spin hatten. Das wird Spin-Umkehr oder auch Spin-Flip oder Spin-Inversion genannt.
Beispiel H2:
Wenn du Up-Down hast, bildet sich einfach die Bindung.
Wenn du z.B. Up-Up hast, kann eines der Elektronen seinen Spin ändern, sodass Up-Down oder Down-Up dabei rauskommt und die chemische Bindung gebildet werden kann. Das System geht diesen weg, weil Wasserstoffradikale ja extrem instabil - also energetisch extrem ungünstig - sind und quasi nicht existieren. Da ist der Energiegewinn durch die Bindungsbildung wesentlich größer als der "Energieverlust" bei der Spinumkehr.
Ein Beispiel für eine Reaktion, bei der eine Spininversion stattfindet, ist übrigens die Reaktion von Triplett-Carbenen mit Alkenen.
Habe mal nachgeschaut und gemäß dem Buddrus (ein organische Chemie Lehrbuch) muss die Energie zugeführt werden, aber in Form welcher Energie wird dort nicht näher beschrieben.
Das weiß ich nicht, ich denke der Spin bleibt erhalten :D
Der Spin kommt durch eine masselose, quantenmechanische Eigendrehung zustande. Der Elektronenspin von ½ ħ wurde mittelbar am Silberatom mit dem Stern-Gerlach-Versuch gezeigt. Aber dieser Versuch zeigt schon eine Eigenschaft, die ihn vom klassischen Drehimpuls (und vom Bahndrehimpuls) unterscheidet: Egal in welche Raumrichtung ich den Stern-Gerlach-Magnetspalt ausrichte (bspw. parallel zur x-, y- oder z-Achse), das Ergebnis ist immer identisch das gleiche. Im Besonderen gibt es keinen zentralen Fleck von gerade nicht bspw. zu x sondern zu y oder z ausgerichteten Elektronen. Wikipedia schreibt hierzu:
Daher unterscheidet sich der quantenmechanische Drehimpuls von einem der Anschaulichkeit zugänglichen Vektor im dreidimensionalen Raum: Er kann zu keiner Achse parallel liegen in dem Sinn, dass seine Komponente längs dieser Achse genau so groß ist wie sein Betrag oder Länge.
Wir können uns dabei den Eigendrehimpuls in einem kartesischen Koordinatensystem wie einen mit der Spitze im Ursprung stehenden Kegelstumpf vorstellen, von dem aber je nur eine Projektion auf eine Achse "gemessen" werden kann. Damit sind die e- nie wirklich vollständig gegeneinander ausgerichtet und können in einer Unterschale kombiniert werden. Zum Tragen kommt dann nur noch eine der "Projektionen".
Ergo, der Spin ändert sich gar nicht.
Danke! Dann müsste sich zwischen zwei Wasserstoffatomen ja gar keine kovalente Bindung bilden, wenn die jeweiligen Elektronen in den 1s orbitalen Parallelen Spin besitzen, dann kann es ja nicht zu einem gemeinsamen Sigma orbital kommen.
Dann kommt mir aber eine sehr wichtige Frage auf:
Dann müsste die Ausbeute von
H + H --> H2
Ja alleine durch das Pauli Prinzip nur noch die hälfte sein oder nicht?
1. Fall: Beide haben entgegengesetzten Spin (up - down) --> kovalente Bindung möglich.
2. Fall: Beide haben entgegengesetzten Spin (down - up) --> kovalente Bindung möglich.
3. Fall: Beide haben Parallelen Spin (Up - Up) --> kovalente Bindung nicht möglich.
4. Fall: Beide haben Parallelen Spin (down - down) --> kovalente Bindung nicht möglich.
Danke! Könnte sein das du es schon beantwortet hast aber woher kommt die Energie (auch wenn sie sehr klein ist), die für diesen Flip gebraucht wird?
Und beim aufbrechen der H-H Bindung, kehrt sich der Flip dann wieder um oder geht das Elektron mit dem neuen Spin zurück vom Sigma ins 1s orbital?