Frage von Moba1, 58

Kann das Wassermolekül ein zusätzliches Elektron aufnehmen?

Viele Atome und Elemente können ja mit einem oder mehreren zusätzlichem Elektronen geladen werden. Wie sieht es bei Wasser aus?

Expertenantwort
von indiachinacook, Community-Experte für Chemie, 27

Es gibt kein stabiles H₂O⁻-Anion.

Diese Auskunft bezieht sich auf die Gasphase. Man kann zwar ein H₂O-Molekül mit einem zusätz­lichen Elektron beladen, aber das resultierende H₂O⁻ ist in­stabiler als H₂O — deshalb stößt es das Extra-Elektron nach kürzester Zeit (Mikro­sekunden) wieder ab. Solche kurz­lebigen Teilchen nennt man auch Resonanzen, alternativ kann man auch sagen: Die Elektronen­affinität von H₂O ist negativ.

Interessanterweise ändert sich das, wenn man H₂O-Cluster in der Gas­phase studiert. Da gibt es tatsächlich stabile Anionen für (H₂O)ₙ mit n>10; die Elektronen­affinitäten betragen 0.75 eV für (H₂O)₁₁ und steigen mit der Cluster­größe langsam an. Für (H₂O)₁₉ finde ich 1.19 eV. Man kann sich das so vor­stellen, daß das H₂O⁻ von seinen Nach­barn im Cluster „solvatisiert“ wird.

Grundsätzlich gilt, daß Anionen (in der Gasphase) etwas Exotisches sind: Viele Atome (He) oder kleine Moleküle (CO₂, N₂) bilden gar keine (Kat­ionen kann man dagegen fast immer haben). Das liegt daran, daß neutrale Moleküle oder Kat­ionen nur auf eine einzige Art und Weise kaputt gehen können, nämlich indem sie zer­fallen. Dazu muß aber eine chemische Bindung aufgebrochen werden, und das ist eine relativ große Hürde. Anionen können das natürlich auch, und außer­dem haben sie einen zweiten Weg: Einfach ihr über­schüssiges Elektron abgeben, und das geht viel einfacher.

(Außerdem hat man das Problem, daß Anionen nur endlich viele gebundene Zustände haben können, und das heißt in der Praxis meist: Sehr wenige, oft sogar nur einen einzigen. Neutral­systeme oder Kat­ionen haben dagegen immer ent­weder null oder unendlich viele gebundene Zustände.)

Antwort
von Roderic, 17

Es könnte schon...

...wenn die anderen 8 Elektronen (6 vom O + 2 mal jeweils eins vom H) auf der Außenschale vom Sauerstoffatom in der Mitte da nicht energisch was dagegen hätten.

Die haben alle 8 vorhandenen Parkplätze unter sich schon ausgemacht und prügeln jedes weitere Elektron, das auch einparken will, gnadenlos und unverzüglich wieder hinaus ;-)

Expertenantwort
von DieChemikerin, Community-Experte für Chemie, 22

Hi,

nein. Es kann nur

  • ein Proton abgeben => OH(-)
  • ein Proton aufnehmen => H3O(+)

Ein Elektron aufnehmen kann es aber nicht.

LG

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