Кіріспе

Ерітіндідегі еркін электрон, көбінесе сұйық аммиак. Сольватталған электрон – ерітіндідегі еркін электрон, ол анион сияқты қасиет көрсетеді. Электронның ерітіндіде сольватталуы – оның ерітіндімен байланысқандығын білдіреді. Химиялық реакциялардың формулаларында сольватталған электронды "e−" деп белгілейді. Көбінесе сольватталған электрондар туралы әңгімелер аммиактағы ерітінділеріне шоғырланады, олар бірнеше күнге дейін тұрақты болады, бірақ сольватталған электрондар суда және көптеген басқа да еріткіштерде кездеседі, тіпті сыртқы сфералық электрондық трансферге мүмкіндік беретін кез келген еріткіште болады. Сольватталған электрон радиациялық химияның көп бөлігіне жауапты.

Кейс-студия: NH3 литоксиді

Литий-аммиак ерітіндісі -60 °C температурада шамамен 15 мол% металл (MPM) қанықтырылады. Концентрация осы аралықта артқанда электр өткізгіштігі 10−2-ден 104 Ω−1 см−1-ге дейін өседі (сұйық сынаптан жоғары). Шамамен 8 MPM концентрациясында "металл күйіне өту" (TMS) жүзеге асады (бұл "металл емес күйге өту" (MNMT) деп те аталады). 4 MPM-де сұйық фазалардың бөлінуі байқалады: тығыздығы төмен, алтын түсті фаза тығыз, көк түсті фазадан араласпайды. 8 MPM-нен жоғары ерітінді қола/алтын түсті болады. Осы концентрация диапазонында жалпы тығыздық 30%-ға төмендейді.

Басқа еріткіштер

Қалтық металдар метиламин, этиламин және гексаметилфосфорамид сияқты кейбір кішкентай біріншілік аминдерде де еріп, көк түсті ерітінділер түзеді. ТГФ (THF) сілтілі металдарды еритіп, бірақ Берч тотығу-тотықсыздану реакциясының (қараңыз) аналогы диамин лигандасы болмаса жүрмейді. Этилдиаминдегі сілтілі жер металдары – магний, кальций, стронций және барийдің ерітілген электронды ерітінділері осы металдармен графитті араластыру үшін қолданылды.

Су

Солваттанған электронның өмір сүру уақыты қысқа болса да, ол сілті металдарының сумен реакциясына қатысады. pH 9,6-дан төмен болғанда, гидратталған электрон гидронний ионымен реакцияласып, атомдық сутегін түзеді, ол өз кезегінде гидратталған электронмен реакцияласып, гидроксид ионы мен қалыпты молекулалық сутегі H2-ні пайда етеді. Солваттанған электрондар газ фазасында да табылуы мүмкін. Бұл олардың Жердің жоғарғы атмосферасында болу мүмкіндігін және ядро пайда болуы мен аэрозольдердің қалыптасуына қатысуын білдіреді. Оның стандартты электродтық потенциалы 2,77 В-қа тең. 177 Мхо см2 эквиваленттік өткізгіштігі гидроксид ионының өткізгіштігіне ұқсас. Бұл эквиваленттік өткізгіштіктің мәні 4,75 см2с-1 диффузиялық коэффициентіне сәйкес келеді.

Қолданбалар

Солваттанған электрондар электрод процестеріне қатысады, бұл көптеген техникалық қолданбалары бар кең сала (электросинтез, электрожалату, электроэкстракция). Натрий аммиак ерітінділерінің ерекше қолданылуы – Бёрч тотығу-тотықсыздану реакциясы. Натрийді тотықсыздаушы ретте пайдаланатын басқа реакциялар да солваттанған электрондардың қатысуын қамтиды деп есептеледі, мысалы, натрийді этанолда қолдану, Бувеао-Бланк тотығу-тотықсыздану реакциясындағыдай. Каллен және авторлар тобы металл аммиак ерітінділерін қабатты материалдардың әртүрлі түрлерін араластыру үшін пайдалануға болатынын көрсетті, одан кейін оларды полярлы, апротикалық еріткіштерде қабыршақтау арқылы екі өлшемді материалдардың иондық ерітінділерін алуға болады. Мысалы, графитті калиймен және аммиакпен араластыру, содан кейін THF-та спонтанды еріту арқылы қабыршақтап, графенид ерітіндісін алу.

Тарих

Металл электридтерінің ерітінділерінің түсін байқауды, әдетте, Хамфри Дэвиге жатқызады. 1807–1809 жылдары ол газ тәрізді аммиакқа калий ұнтағын қосуды зерттеді (аммиакты сұйыту 1823 жылы ойлап табылды). Джеймс Баллантайн Ханне және Дж. Хогарт 1879–1880 жылдары натриймен тәжірибелерді қайталады. 1864 жылы У. Вейл, ал 1871 жылы К. А. Сили сұйық аммиакты пайдаланды, ал 1897 жылы Гамильтон Кейди аммиактың иондану қасиеттерін судың қасиеттерімен байланыстырды. Чарльз А. Краус металл аммиак ерітінділерінің электр өткізгіштігін өлшеді және 1907 жылы оны металдан босатылған электрондарға байланыстырды. 1918 жылы Г. Э. Гибсон мен В. Л. Арго сольватталған электрон тұжырымын енгізді. Олар сіңіру спектріне сүйене отырып, әртүрлі металдар мен әртүрлі еріткіштердің (метиламин, этиламин) бірдей көк түс беретінін анықтады, бұл ортақ түрге, яғни сольватталған электронға тән. 1970-ші жылдары анион ретінде электронды қамтитын қатты тұздар сипатталды.