Hier sind zwei Elektronen kurz vereint als Dielektron (rot) umhüllt von Lösungsmittelmolekülen. Genauer lässt sich das Dielektron nicht lokalisieren. Anschliessend verlässt eines der Elektronen diesen Bereich. (Quelle: Hartweg S et al. Science 2023)

Langsame Elektronen für effizientere Reaktionen

Publiziert

Neue Methode hilft, Strahlenschäden besser zu untersuchen und bestimmte chemische Reaktionen zu optimieren.

Forschenden ist es gelungen, Elektronen, die sich langsam bewegen, in einem Lösungsmittel herzustellen. Dank solcher Elektronen könnten bestimmte chemische Reaktionen in Zukunft effizienter werden. Eigentlich wollte das internationale Team von Forschenden ein rätselhaftes chemisches Objekt nachweisen: ein sich in Lösung befindliches Dielektron. Dieses besteht aus zwei Elektronen. Im Gegensatz zu einem Atom besitzt es keinen Kern. Bisher konnten Wissenschaftler:innen solche Objekte nicht direkt nachweisen. Während die Forschenden unter der Leitung von ETH-​Professorin Ruth Signorell solche Dielektronen untersuchten, entdeckten sie zufällig einen neuen Prozess, mit dem sich langsam bewegende Elektronen herstellen lassen. Damit lassen sich bestimmte chemische Reaktionen in Gang bringen.

Dielektronen sind nicht stabil. Sie zerfallen in weniger als einer billionstel Sekunde wieder in zwei Elektronen. Wie die Forschenden zeigen konnten, bleibt eines davon an Ort und Stelle, während sich das andere mit geringer Energie, also verhältnismässig langsam, entfernt. Speziell an der neuen Methode ist, dass die Wissenschaftler:innen die Bewegungsenergie dieses Elektrons und somit seine Geschwindigkeit steuern können.

Dielektron besetzt Hohlraum
Doch der Reihe nach: Um die Dielektronen zu bilden, lösen die Forschenden Natrium in (flüssigem) Ammoniak und bestrahlen es mit UV-​Licht. Die Bestrahlung führt dazu, dass sich ein Elektron von einem Ammoniak-​Molekül zu einem Elektron eines Natrium-​Atoms gesellt und damit ein Dielektron bildet. Dieses besetzt kurzfristig einen winzigen Hohlraum in der Flüssigkeit. Nach dem Zerfall bewegt sich eines der Elektronen mit einer Geschwindigkeit, die von der Wellenlänge des zuvor benutzten UV-​Lichts abhängt, wie die Forschenden zeigen konnten. «Die Energie der UV-​Strahlung ist teilweise auf das Elektron übergegangen», sagt Signorell.
Die Wissenschaftler:innen der ETH Zürich führten diese Arbeit zusammen mit Forschenden der Universität Freiburg im Breisgau, des Soleil-​Synchrotrons in der Nähe von Paris und der Universität Auburn in den USA durch.

Strahlenschäden untersuchen
Interessant sind solche Elektronen mit niedriger Bewegungsenergie aus mehreren Gründen: Einer davon ist, dass langsame Elektronen Strahlenschäden in menschlichem Gewebe verursachen. Bewegliche Elektronen können im Gewebe zum Beispiel aufgrund von Röntgenstrahlung oder radioaktiver Strahlung entstehen. Sie können sich dann auch an DNA-​Moleküle anlagern und dort chemische Reaktionen auslösen. Wenn sich solche langsamen Elektronen im Labor leichter erzeugen lassen, lassen sich die Mechanismen, die zu Strahlenschäden führen, besser untersuchen.
Doch nicht nur im Köper, sondern ganz generell werden viele chemische Reaktionen dadurch in Gang gebracht, dass eine Verbindung ein freies Elektron aufnimmt. Ein Beispiel dafür ist die synthetische Herstellung von Cortison und anderen Steroiden.
Wenn es nun möglich ist, mit UV-​Licht relativ einfach langsame Elektronen direkt in einer Flüssigkeit herzustellen und zudem die Energie der Elektronen einzustellen, dann lassen sich solche Reaktionen künftig besser untersuchen. Und sie lassen sich vielleicht auch optimieren, indem Chemiker:innen den Elektronen zum Beispiel mit UV-​Licht etwas mehr Bewegungsenergie mitgeben.

EVENTS

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Topsoft - ONE Fachforum

Lerne am ONE Fachforum erfolgreiche Praxisanwendungen kennen.

Datum: 12. September 2024

Ort: Holzhäusern (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25.-28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 12.-14. November 2024

Ort: Köln (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

LOGISTICS & AUTOMATION

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 11.-14. Februar 2025

Ort: Nürnberg (D)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 07. März 2025

Ort: Wädenswil (CH)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: Stuttgart (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Lyon (F)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 17.-18. März 2025

Ort: Berlin (D)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 31. März.-04. April 2025

Ort: Hannover (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

CosmeticBusiness

Entdecken Sie innovative Verpackungslösungen für eine nachhaltige Zukunft der Kosmetikindustrie

Datum: 04.-05. Juni 2025

Ort: München (D)

The Pharma Days

Die Pharma Days (TPD) sind eine Veranstaltung unter Ausschluss der Öffentlichkeit, die Zusammenarbeit, Innovation und Geschäftswachstum vorantreiben soll.

Datum: 04.-05. Juni 2025

Ort: Genf (CH)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 20.-23. Januar 2026

Ort: Basel (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 21.-24. April 2026

Ort: Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04.-08. Mai 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis