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Isotopeneffekt

Isotopeneffekt bezeichnet die Unterschiede in den chemischen und physikalischen Eigenschaften von Stoffen, die davon herrühren, das das betreffende Element oder, in einer chemischen Verbindung, eines der Elemente in Form des einen oder des anderen Isotops vorliegt.

Isotopeneffekte sind im Allgemeinen klein. Am größten sind sie zwischen Wasserstoff (Protium) und Deuterium, da sich die Massen dieser Atome ungefähr um einen Faktor Zwei unterscheiden.

Anwendungen

Bei der Untersuchung von chemischen Reaktionsmechanismen kann man den Isotopeneffekt der Wasserstoffisotope ausnutzen, da ein Isotopenaustausch zwar die Reaktivität nicht beeinflusst, aber die Reaktionsgeschwindigkeit messbar ändern kann (kinetischer Isotopeneffekt). Der Unterschied in der Reaktionsgeschwindigkeit entsteht durch die Absenkung der Energie des Moleküls bei Anwesenheit einer C-D-Bindung statt einer C-H-Bindung, durch die die Aktivierungsenergie erhöht wird (siehe auch: Arrhenius-Gleichung, Eyring-Theorie). Man unterscheidet den primären Isotopeneffekt, hier ist ein Atom der reagierenden funktionellen Gruppe durch sein Isotop ausgetauscht und den sekundären Isotopeneffekt, bei dem ein Atom in der Nähe der reagierenden Gruppe substituiert ist. Man substituiert meistens bestimmte Stellen in einem an der Reaktion beteiligten Molekül mit Deuterium oder Tritium und beobachtet die Isotopensubstitution der Reaktionsprodukte oder die Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit.

Weiterhin beruht die Gewinnung von schwerem Wasser (D2O) aus natürlichem Wasser, in dem es in geringer Konzentration vorkommt, auf dem geringfügigen Unterschied der Siedepunkte von D2O und H2O.