10.08.2022 • Atome und Moleküle

Neue Oxidationsstufe von Rhodium entdeckt

Es handelt sich um die dritthöchste bekannte Oxidationsstufe aller Elemente.

Oxidationsstufen von Übergangs­metallen beschreiben, wie viele Elektronen eines Elements bereits an Bindungen beteiligt sind und wie viele noch für weitere Reaktionen zur Verfügung stehen. Teams des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie, der FU Berlin und der Uni Freiburg haben jetzt die höchste Oxidations­stufe von Rhodium entdeckt. Das deutet darauf hin, dass Rhodium mehr Valenz­elektronen in chemische Bindungen einbringen kann als bisher angenommen. Diese Erkenntnis könnte für das Verständnis von kataly­tischen Reaktionen mit Beteiligung von Rhodium von Bedeutung sein. Die Entdeckung einer neuen Oxidations­stufe von Rhodium ist eine Über­raschung für die Forscher.

Abb.: Mit der dritt­höchsten Oxi­da­tions­stufe aller Elemente springt...
Abb.: Mit der dritt­höchsten Oxi­da­tions­stufe aller Elemente springt Rhodium aufs Sieger­trepp­chen. (Bild: M. da Silva Santos et al. /Wiley-VCH)

Die Wissenschaftler mussten dafür gasförmige Rhodium­oxide herstellen und in einer Tief­temperatur-Ionen­falle von möglichen Reaktanten isolieren. Diese Art von Experi­menten ist sehr anspruchs­voll und kann derzeit nur bei BESSY II durch­ge­führt werden. „Die Kombination aus hoch­spezia­li­sierter Proben­her­stellung, Tief­temperatur-Ionen­falle und Röntgen­spektro­skopie ist einzig­artig. Da diese Methoden auch auf komplexere Systeme angewendet werden können, erwarten wir weitere Erkenntnisse über exotische Übergangs­metall­oxide“, sagt Vicente Zamudio-Bayer, Leiter der Ionen­fallen­gruppe am Strahlrohr UE52-PGM, der das Ionen­fallen-Experiment bei BESSY II entwickelt und betreibt.

„Wichtig für uns war, dass unsere über­raschenden experi­mentellen Ergebnisse von der Gruppe um Sebastian Riedel an der FU Berlin mit quanten­chemischen Berechnungen unter­mauert werden konnten“, erklärt Zamudio-Bayer. Schon Rhodium in der Oxidations­stufe +6 ist sehr selten, also mussten die Forscher bei der Charakte­ri­sierung von +7 sehr sorgfältig und genau sein. Denn neue Oxidations­stufen werden nicht häufig entdeckt.

„Dies ist die dritt­höchste bekannte Oxidations­stufe aller Elemente. Die Tatsache, dass Rhodium (VII) existiert, bisher aber unbekannt war, könnte bedeuten, dass es bei der Analyse chemischer Reaktions­pfade möglicher­weise übersehen wurde“, so Zamudio-Bayer weiter.

Die Entdeckung von Rhodium (VII) erfolgte in der Gasphase, aber die Forscher sehen die Möglich­keit einer Stabi­li­sierung des Kations. Das könnte Perspektiven für eine weitere Charakte­ri­sierung oder Anwendung eröffnen. Denn Rhodium (VII) ist sehr reaktiv, das Verständnis dieser exotischen Spezies könnte in Zukunft zu besseren Materialien führen.

HZB / RK

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