Elektride

Als Elektride bezeichnet man chemische Verbindungen, in denen die negative Ladung nicht als Anion, sondern als freies Elektron vorliegt. Die erste derartige Verbindung, deren Struktur röntgenkristallographisch aufgeklärt wurde, ist das Caesium-Elektrid Cs⁺(18C6)₂ · e⁻ (18C6 = 18-Krone-6).[1] Die Verbindungen sind nahe verwandt mit den Alkaliden.

Darstellung und Eigenschaften

In flüssigem Ammoniak gelöstes Natrium

Die Synthese erfolgt in der Regel durch Auflösen des entsprechenden Alkalimetalls in flüssigem Ammoniak oder einem Alkylamin in der Gegenwart eines geeigneten Kryptanden oder Kronenethers.[1][2]

Ein klassisches Experiment zur Erzeugung von Elektriden ist etwa das Auflösen von Natrium-Metall in flüssigem Ammoniak. Dabei entsteht eine paramagnetische und elektrisch leitfähige dunkelblaue Lösung, in der die Elektronen vom Lösungsmittel solvatisiert sind.

Ein Schlüsselaspekt bei der Darstellung von Elektriden im Festkörper ist – wie bei den Alkaliden – die Verwendung nicht reduzierbarer Kronenether oder Kryptanden zur Komplexierung der Alkalimetallkationen.[3] An der Verbindung Cs⁺(18C6)₂ · e⁻ konnte nachgewiesen werden, dass die elektrische Leitfähigkeit im Festkörper der Elektride gering ist, was die Lokalisierung der Elektronen bestätigt.[1]

Elektride sind sehr reaktiv, starke Reduktionsmittel und zersetzen sich in der Regel bei Temperaturen über −40 °C. Im Jahre 2003 berichten jedoch Hosono et al. von der ersten chemisch und thermisch stabilen Elektrid-Verbindung [Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺(4e⁻), einem nanoporösen Oxid mit der Struktur von Mayenit.[4]

Weitere Beispiele

Viele verschiedene Elektride mit unterschiedlichen Alkalimetallkationen und unterschiedlichen Komplexbildnern wurden synthetisiert. Beispielsweise gelang die Darstellung von

Lithiumelektrid [Li⁺(Cryptand [2.1.1])e⁻][5]
Kaliumelektrid [K⁺(Cryptand[2.2.2])e⁻][6]
Rubidiumelektrid [Rb⁺(Cryptand[2.2.2])e⁻][7]
einem bei Raumtemperatur stabilen Natriumelektrid.[8]

Einzelnachweise

Steven B. Dawes, Donald L. Ward, Rui He Huang, James L. Dye: First Electride Crystal Structure. In: J. Am. Chem. Soc. Band 108, 1986, S. 3535–3537.
James L. Dye: Electrides: Ionic Salts with Electrons as the Anions. In: Science. Band 247, 1990, S. 663–668.
James L. Dye: Electrons as Anions. In: Science. Band 301, 2003, S. 607–608.
Satoru Matsuishi, Yoshitake Toda, Masashi Miyakawa, Katsuro Hayashi, Toshio Kamiya, Masahiro Hirano, Isao Tanaka, Hideo Hosono: High-Density Electron Anions in a Nanoporous Single Crystal: [Ca24Al28O64]4+(4e-). In: Science. Band 301, 2003, S. 626–629, doi:10.1126/science.1083842.
Rui H. Huang, Michael J. Wagner, Deborah J. Gilbert, Kerry A. Reidy-Cedergren, Donald L. Ward, Margaret K. Faber, James L. Dye: Structure and Properties of Li⁺(Cryptand [2.1.1])e⁻, an Electride with a 1D “Spin-Ladder-like” Cavity-Channel Geometry. In: J. Am. Chem. Soc. Band 119, 1997, S. 3765–3772.
Donald L. Ward, Rui H. Huang, James L. Dye: Structures of Alkalides and Electrides. I. Structure of Potassium Cryptand[2.2.2]* Electride. In: Acta Cryst. Band C44, 1988, S. 1374–1376.
Qingshan Xie, Rui H. Huang, Andrew S. Ichimura, Richard C. Phillips, William P. Pratt, Jr., James L. Dye: Structure and Properties of a New Electride, Rb⁺(cryptand[2.2.2])e⁻ . In: J. Am. Chem. Soc. Band 122, 2000, S. 6971–6978.
Mikhail Y. Redko, James E. Jackson, Rui H. Huang, James L. Dye: Design and Synthesis of a Thermally Stable Organic Electride. In: J. Am. Chem. Soc. Band 127, 2005, S. 12416–12422.

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[Dye-1] Steven B. Dawes, Donald L. Ward, Rui He Huang, James L. Dye: First Electride Crystal Structure. In: J. Am. Chem. Soc. Band 108, 1986, S. 3535–3537.

[DyeScience1990-2] James L. Dye: Electrides: Ionic Salts with Electrons as the Anions. In: Science. Band 247, 1990, S. 663–668.

[DyeScience2003-3] James L. Dye: Electrons as Anions. In: Science. Band 301, 2003, S. 607–608.

[Matsuishi_et_al._2003-4] Satoru Matsuishi, Yoshitake Toda, Masashi Miyakawa, Katsuro Hayashi, Toshio Kamiya, Masahiro Hirano, Isao Tanaka, Hideo Hosono: High-Density Electron Anions in a Nanoporous Single Crystal: [Ca24Al28O64]4+(4e-). In: Science. Band 301, 2003, S. 626–629, doi:10.1126/science.1083842.

[FaberDye-5] Rui H. Huang, Michael J. Wagner, Deborah J. Gilbert, Kerry A. Reidy-Cedergren, Donald L. Ward, Margaret K. Faber, James L. Dye: Structure and Properties of Li⁺(Cryptand [2.1.1])e⁻, an Electride with a 1D “Spin-Ladder-like” Cavity-Channel Geometry. In: J. Am. Chem. Soc. Band 119, 1997, S. 3765–3772.

[WardHuangDye-6] Donald L. Ward, Rui H. Huang, James L. Dye: Structures of Alkalides and Electrides. I. Structure of Potassium Cryptand[2.2.2]* Electride. In: Acta Cryst. Band C44, 1988, S. 1374–1376.

[PrattDye-7] Qingshan Xie, Rui H. Huang, Andrew S. Ichimura, Richard C. Phillips, William P. Pratt, Jr., James L. Dye: Structure and Properties of a New Electride, Rb⁺(cryptand[2.2.2])e⁻ . In: J. Am. Chem. Soc. Band 122, 2000, S. 6971–6978.

[HuangDye-8] Mikhail Y. Redko, James E. Jackson, Rui H. Huang, James L. Dye: Design and Synthesis of a Thermally Stable Organic Electride. In: J. Am. Chem. Soc. Band 127, 2005, S. 12416–12422.