Tlen singletowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Tlen singletowy – forma tlenu cząsteczkowego (O2) na najniższym stanie wzbudzonym.

Tlen cząsteczkowy może występować w dwóch formach: singletowej i trypletowej. Forma singletowa, czyli forma bez niesparowanych elektronów, nie jest w przypadku tlenu O2 formą podstawową, lecz wzbudzoną, o wyższej energii, zaś stanem podstawowym jest forma trypletowa (dwurodnik[1]). Jest to układ odwrotny niż dla większości cząsteczek chemicznych.

Forma singletowa O::O lub O=O oznacza symbolicznie jako 1O2

Każda kropka oznacza jeden elektron, kreska – dwa elektrony tworzące wiązanie. Sparowane elektrony niewiążące zostały pominięte.

Tlen singletowy może istnieć w dwóch stanach energetycznych, o odmiennym rozkładzie elektronów na orbitach molekularnych[2]:

  1. 1ΔgO2 – dwa sparowane elektrony na jednym orbitalu π*2p
  2. 1Σg+O2 – po jednym elektronie na każdym z orbitali π*2p; elektrony mają przeciwne spiny

Tlen singletowy nadmiarową energię wewnętrzną może uwolnić podczas reakcji utleniania lub na emisję promieniowania podczerwonego o długości fali ~1270 nm. Przy dużym stężeniu tlenu singletowego widoczna może być emisja czerwonego światła (λ = 634 nm) zachodząca podczas zderzenia dwóch cząsteczek 1O2.

Reakcjom chemicznym z udziałem tlenu singletowego towarzyszy często emisja światła widzialnego (chemiluminescencja), np. niebieskiego podczas utleniania luminolu[3].

Diagramy energetyczne orbitali molekularnych dla trzech konfiguracji elektronowych tlenu cząsteczkowego. Od lewej: trypletowy stan podstawowy 3Σg; tlen singletowy w stanie wzbudzonym 1Δg; tlen singletowy w stanie wzbudzonym 1Σg+. Stany te różnią się jedynie spinem elektronów i obsadzeniem dwóch zdegenerowanych orbitali antywiążących π*. Różnica energii stanów 3Σg i 1Δg wynosi 94,3 kJ/mol, a 158 kJ/mol dla 3Σg i 1Σg+[3].

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Emisja czerwonego światła przez tlen singletowy powstający w reakcji Ca(ClO)2 + H2O2

Forma singletowa tlenu powstaje podczas naświetlania światłem UV tlenu w stanie podstawowym w obecności barwnika uczulającego, a także w wyniku niektórych reakcji chemicznych, np. H2O2 z NaClO:

ClO + H2O21O2 + H+ + Cl + OH

Czas życia tej formy tlenu wynosi w stanie gazowym do kilkudziesięciu minut[3].

Reakcje[edytuj | edytuj kod]

Askaridol, produkt addycji tlenu singletowego do α-terpinenu

Wysoka reaktywność tlenu singletowego wykorzystywana jest w szeregu reakcji chemicznych w chemii organicznej, zwłaszcza ze związkami nienasyconymi. Pierwszym etapem takich reakcji jest zwykle wytworzenie wodoronadtlenku allilowego R2C=C(R)-O-O-H lub mostka nadtlenkowego R-O-O-R. Związki te często ulegają reakcjom następczym np. jednoczesnego pęknięcia wiązania O-O i C-C z wytworzenia dwóch grup karbonylowych[3].

Przypisy

  1. Diradicals (ang.) [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology („Gold Book”). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata: Diradicals (ang.), aktualizowana przez A. Jenkins. doi:10.1351/goldbook.D01765
  2. 1.2 Co to są reaktywne formy tlenu?. W: Grzegorz Bartosz: Druga twarz tlenu. Wyd. 2. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2008, s. 19, seria: Środowisko. ISBN 978-83-01-13847-9.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Michael Laing. The three forms of molecular oxygen. „J. Chem. Educ.”. 66 (6), s. 453-455, 1989. doi:10.1021/ed066p453.