Chemische Spezies

Schlüsselinformationen & Zusammenfassung

• Eine chemische Spezies ist eine Reihe von molekularen Einheiten, die chemisch identisch sind und die gleichen molekularen Energieniveaus in einem festgelegten Zeitrahmen erforschen können
• Wenn sich zwei Konformationsisomere langsam genug ineinander umwandeln, um jeweils von verschiedenen NMR-Spektren nachgewiesen zu werden, würden sie als zwei chemische Spezies
• In der supramolekularen Chemie supramolekulare Strukturen, deren Wechselwirkungen durch die Erzeugung oder das Brechen bestimmter intermolekularer Bindungen ist definiert als die gleiche chemische Spezies

Was bedeutet ‘chemische Spezies’?

Einfach ausgedrückt, wenn ein Atom mit einem anderen Atom identisch ist, werden sie als die gleiche chemische Spezies definiert. Dies gilt auch für Moleküle, da ein Molekül, wenn es mit einem anderen identisch ist, dieselbe chemische Spezies ist.

Eine chemische Spezies kann auch als eine Menge von molekularen Einheiten definiert werden, die chemisch identisch sind und die gleichen molekularen Energieniveaus auf einer festgelegten Zeitskala erforschen können.

Zum Beispiel enthält eine Flasche voller Wasser Moleküle genau derselben chemischen Spezies. Darüber hinaus enthält ein Barren aus massivem Gold Atome der exakt gleichen chemischen Spezies.

Der Begriff ‘chemische Spezies’ kann sich auch auf die Form beziehen, in der eine Chemikalie existiert, wenn sie in einer Lösung gefunden wird. Zum Beispiel, wenn NaCl in Lösung gelöst ist, finden Sie nicht wirklich NaCl. Vielmehr haben Sie Na + -Ionen und Cl-Ionen – dies liegt daran, dass das NaCl dissoziiert hat. Als solche sind die chemischen Spezies in dieser Lösung die Na + -Ionen und die Cl- Ionen. Diese Regel gilt für alle starken Elektrolyte. Sie sollen ionische Spezies in Lösung haben.

Für Elektrolyte, die in Lösung nicht dissoziieren, ist die chemische Spezies definiert als die gleiche wie vor der Zugabe zur Lösung. Sie sollen molekulare Spezies in Lösung haben.

Es ist bekannt, dass schwache Elektrolyte sowohl ionische als auch molekulare Spezies in Lösung haben – dies liegt daran, dass einige Moleküle dissoziieren und andere nicht.

Darüber hinaus wird eine Gruppe von Molekülen mit unterschiedlichen Isotopen auch als von derselben chemischen Spezies eingestuft.

Chemische Spezies und NMR

Die NMR–Spektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance) ist eine chemische Technik zur Bestimmung der Struktur organischer chemischer Verbindungen – sie ist auch die einzige spektroskopische Methode, die eine vollständige Analyse des gesamten Spektrums ermöglicht. Es ist eine zerstörungsfreie Technik und erfordert nur ein Milligramm des Analyten, um gute Daten zu liefern.

NMR basiert auf der Theorie, dass alle Kerne elektrisch geladen sind und Spin besitzen. Dies bedeutet, dass, wenn ein externes Magnetfeld an die Kerne angelegt wird, ein Energietransfer zwischen dem Basisenergieniveau und einem höheren Energieniveau möglich ist. Wenn dieser Spin auf sein Grundniveau zurückkehrt, wird Energie emittiert. Die Frequenz, mit der dies geschieht, kann gemessen und dann zu einem NMR-Spektrum verarbeitet werden.

NMR kann verwendet werden, um Konformationsisomere zu identifizieren. Dies sind Isomere, die durch Rotation von σ–Bindungen entstehen – sie wandeln sich auch bei Raumtemperatur sehr schnell ineinander (wechseln zwischen den beiden). Ein Beispiel für ein Molekül, das dies tut, ist Butan, das im Bild unten gezeigt werden kann.

Diese Theorie wird wichtig, wenn man über chemische Spezies spricht. Aufgrund der Tatsache, dass diese Isomere von einer Form in eine andere umgewandelt werden können, kann eine Mischung aus zwei Isomeren relativ langsam umgewandelt werden. Wie wir bereits besprochen haben, werden chemische Spezies zu einem bestimmten Zeitpunkt als solche definiert. Das heißt, wenn sich diese beiden Isomere langsam genug ineinander umwandeln, um jeweils durch unterschiedliche NMR-Spektren nachgewiesen zu werden, würden sie als zwei verschiedene chemische Spezies definiert. Dies bedeutet auch, dass eine Mischung desselben Isomers als dieselbe chemische Spezies betrachtet werden kann, da sich die beiden im Gleichgewicht befinden.

Chemische Spezies in der supramolekularen Chemie

Um zu verstehen, wie chemische Spezies in der supramolekularen Chemie definiert werden, müssen Sie die Grundlagen der Disziplin kennen. Supramolekular bezieht sich auf den Bereich der Chemie, der sich damit befasst, wie sich Moleküle verbinden, um aus einer diskreten Anzahl von Untereinheiten größere Systeme zu bilden. Die an der supramolekularen Chemie beteiligten Kräfte können von schwachen Kräften (wie Wasserstoffbrückenbindung und elektrostatische Wechselwirkungen) bis zu stärkeren Kräften (wie kovalente Bindungen) reichen. Studien in diesem Bereich der Chemie konzentrieren sich hauptsächlich auf die schwächeren und reversiblen nicht-kovalenten Bindungen zwischen bestimmten Molekülen, wie:

• Wasserstoffbrückenbindungen
• Hydrophobe Kräfte
• Van-der-Walls-Kräfte
• Metallkoordination
• Pi-Pi-Wechselwirkungen

Die Untersuchung dieser Bindungen ist in den Biowissenschaften besonders wichtig, da sie sich als wichtig für die molekulare Selbstorganisation und Faltung erwiesen haben.

In Bezug auf eine chemische Spezies in der supramolekularen Chemie werden sie als supramolekulare Strukturen definiert, deren Wechselwirkungen durch die Bildung oder den Bruch bestimmter intermolekularer Bindungen gebildet wurden.