Singletový kyslík: Vlastnosti, detekce a význam

Singletový kyslík (singletový dikyslík) je za normálních podmínek plynná anorganická látka, molekulární kyslík, který je v kvantovém stavu, kdy jsou spárovány všechny elektrony. Nejnižší excitovaný stav v dvouatomové molekule kyslíku je singlet stav. Při teplotě okolí je kineticky nestabilní, avšak rychlost rozpadu je pomalá. Pokud jde o jeho chemickou reaktivitu, singletový kyslík je mnohem reaktivnější vůči organickým sloučeninám.

Stopové množství singletového kyslíku se nachází v horních vrstvách atmosféry a také ve znečištěné městské atmosféře, kde přispívá k tvorbě plic poškozujícího oxidu dusičitého. Často se objevuje a koexistuje v prostředích, která také generují ozon, jako jsou borové lesy s fotodegradací terpentýnu.

Elektronové stavy singletového kyslíku

Singletový kyslík označuje jeden ze dvou singletových elektronických excitovaných stavů. Dva stavy singletu jsou označeny ¹Σ+g a ¹Δg (předchozí index "1" označuje singletový stav). Singletové stavy kyslíku jsou o 158 a 95 kilojoulů na mol vyšší než energie trojitého základního stavu kyslíku. Za nejběžnějších laboratorních podmínek je vyšší energie ¹Σ+g stav singletu se rychle převádí na stabilnější stav singletu s nižší energií ¹Δ g. Tato stabilnější forma ze dvou excitovaných stavů má své dva valenční elektrony spárované v jednom π* orbitalu, zatímco druhý π* orbital je prázdný.

Molekulární orbitální teorie předpovídá elektronický základní stav označený symbolem molekulárního termínu ³Σ−g, a dva nízko položené vzrušené stavy singletu s termínovými symboly ¹Δg a ¹Σ+g. Tyto tři elektronické stavy se liší pouze ve spinu a obsazení dvou nevazných πg - orbitalů kyslíku, které jsou zdegenerované (stejné v energii). Tyto dva orbitaly jsou klasifikovány jako nevazné a mají vyšší energii. Podle prvního Hundova pravidla jsou tyto elektrony v základním stavu nepárové a mají stejný spin. Z tohoto základního stavu jsou snadno přístupné dva méně stabilní, excitované stavy s vyšší energií, opět v souladu s Hundovým prvním pravidlem; První pohybuje jeden z vysokých energií nepárových základním stavu elektronů od jedné degenerované orbitální na druhý, kde se „překlopí“ a spáruje druhý, a vytvoří nový stav, singletový stav označovaný jako ¹Δg stav (symbol termínu, kde předchozí znak „1“ označuje jako stav singletu). Alternativně mohou oba elektrony zůstat ve svých degenerovaných orbitalech základního stavu, ale spin jednoho se může „otočit“ tak, že je nyní naproti druhému (tj. je stále v samostatném degenerovaném orbitalu, ale již nemá podobný spin); tím se také vytvoří nový stav, singletový stav označovaný jako ¹Σ+g stav.

¹Δg singletový stav 7882,4 cm⁻¹ nad triplet ³Σ−g základní stav, což v jiných jednotkách odpovídá 94,29 kJ/mol nebo 0,9773 eV. Radiační přechody mezi třemi nízko položenými elektronickými stavy kyslíku jsou formálně zakázány jako procesy elektrického dipólu. Dva přechody singletů a tripletů jsou zakázány jak z důvodu pravidla výběru spinů ΔS = 0, tak z důvodu pravidla parity, že jsou zakázány přechody g-g. Spodní, O₂ (¹Δg), stav se běžně označuje jako singletového kyslíku.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Energetický rozdíl 94,3 kJ/mol mezi základním stavem a singletovým kyslíkem odpovídá zakázanému přechodu singlet-triplet v blízké infračervené oblasti při ~ 1270 nm. Vyšší ¹Σ+g stav je velmi krátký. V plynné fázi se uvolňuje primárně na trojici základního stavu se střední životností 11,8 s. Oba singletové stavy kyslíku nemají žádné nepárové elektrony, a proto ani čistou rotaci elektronů. ¹Δg je však paramagnetická, jak je znázorněno na pozorování, že existuje elektronové paramagnetické rezonance (EPR) spektra. Paramagnetismus je vzhledem k čistému okružní (a ne odstředění) elektronické momentu hybnosti. V magnetickém poli je degenerace hladiny π* rozdělena na dvě úrovně odpovídající molekulárním orbitalům s úhlovým momentem +1 ħ a −1 ħ kolem molekulární osy.

Metody výroby singletového kyslíku

Existují různé způsoby výroby singletového kyslíku. Výsledkem jeho výroby je ozáření plynným kyslíkem v přítomnosti organického barviva jako senzibilizátoru, jako je bengálská růž, methylenová modř nebo porfyriny - fotochemická metoda. Velké koncentrace singletového kyslíku v ustáleném stavu jsou uváděny z reakce tripletově excitovaného stavu kyseliny pyrohroznové s rozpuštěným kyslíkem ve vodě. Singletový kyslík může být také v nefotochemických, preparativních chemických postupech. Třetí metoda uvolňuje singletový kyslík prostřednictvím fosfitových ozonidů, které se zase generují in situ.

Reakce singletového kyslíku

Kvůli rozdílům v jejich elektronových skořápkách se singletový a tripletový kyslík liší ve svých chemických vlastnostech; singletový kyslík je vysoce reaktivní. Na rozdíl od kyslíku v základním stavu se singletový kyslík účastní Diels - Alder [4+2] - a [2+2] - cykloadičních reakcí a formálních společných reakcí. Oxiduje thioethery na sulfoxidy. Organokovové komplexy jsou často degradovány singletovým kyslíkem. V singletových kyslíkových reakcích s alkenickými allylovými skupinami, např. Při fotosyntéze může být singletový kyslík produkován z molekul chlorofylu sběrem světla.

Význam v biologii a medicíně

V biologii savců je singletový kyslík jednou z reaktivních forem kyslíku, která souvisí s oxidací LDL cholesterolu a výslednými kardiovaskulárními účinky. Požití pigmentů schopných produkovat singletový kyslík aktivací světlem může vyvolat silnou fotocitlivost kůže.

Detekce singletového kyslíku

Přímá detekce singletového kyslíku je možná pomocí citlivé laserové spektroskopie nebo prostřednictvím jeho extrémně slabé fosforescence při 1270 nm, která není viditelná.

Čtěte také: Více o pamětních emisích

Senzory singletového kyslíku

V této práci byly připraveny a studovány luminiscenční kyslíkové senzory, založené na zhášení luminiscence porfyrinových senzorových molekul zapouzdřených v nanovlákenné polymerní matrici, připravené pomocí elektrostatického zvlákňování. Připravené senzory byly charakterizovány pomocí elektronové mikroskopie, absorpčních a emisních spekter, včetně časově rozlišených emisních spekter. Byla optimalizována citlivost sensorů v různých polymerních matricích, koncentrace porfyrinové senzorové molekuly i tloušťka nanovlákenné vrstvy senzoru. Byla též prokázána fotogenerace singletového kyslíku a z ní vyplývající antibakteriální vlastnosti senzorové nanovlákenné membrány.

Tato práce shrnuje moderní metody detekce singletového kyslíku, včetně fosforimetrie, elektronové paramagnetické rezonance, různých sond (absorpčních, luminiscenčních, fluorescenčních, kolorimetrických), fototermálních technik a technik zhášení, spolu s návrhem dvou alternativních metod pro stanovení kokoncentrace singletového kyslíku generovaného na různých fotoaktivních površích. Spolehlivost a přesnost těchto alternativních metod byla porovnána s degradací 1,3-difenylisobenzofuranu jako spolehlivou rutinně používanou metodou pro stanovení singletového kyslíku.

Čtěte také: CIM Ministerstvo Emise: Vysvětlení

tags: #fotonova #emise #singletniho #kysliku

Oblíbené příspěvky:

• Využití Jodisol roztoku
• O knize Velká dobrodružství přírody
• Odborová rada
• Zpětný odběr autobaterií
• Hliníkové obaly a recyklace