Kraftkonstante


Kraftkonstante

Als Kraftkonstante wird in der Molekülspektroskopie eine Federkonstante auf molekularer Ebene bezeichnet.[1][2][3] Sie dient unter anderem als mechanisches Modell zur Beschreibung einer Streckschwingung in einem zweiatomigen Molekül.

Beschreibung

Ein brauchbares Modell für die Beschreibung der Normalschwingungen eines Moleküls ergibt sich, wenn man die Atome des Moleküls als Massenpunkte und die Bindung zwischen ihnen als Federn betrachtet. Dann ergibt sich die für eine bestimmte Auslenkung der Atome aus ihrer Gleichgewichtslage erforderlichen Kraft in Analogie zum Hookeschen Gesetz als Produkt der Auslenkung und der Federkonstante. Eine solche Federkonstante auf molekularer Ebene wird Kraftkonstante genannt.

Für die Auslenkung der Atome in einem mehratomigen Molekül gibt es im Allgemeinen zahlreiche Möglichkeiten, die durch innere Koordinaten beschrieben werden. Jede innere Koordinate eines Moleküls ist mit einer Kraftkonstante verknüpft. Kraftkonstanten, die sich auf Änderungen von Bindungslängen beziehen, werden Valenzkraftkonstanten genannt und solche, die Änderungen von Bindungswinkeln beinhalten, Deformationskraftkonstanten.

Bindungstheoretisch besonders interessant sind die Valenzkraftkonstanten, da sie eine Aussage über die Bindungsstärke bzw. den Bindungsgrad erlauben. Für eine vollständige Normalkoordinatenanalyse ist darüber hinaus die Einführung von Wechselwirkungskraftkonstanten erforderlich, da sich bei der Auslenkung einer bestimmten, durch eine innere Koordinate beschriebenen Bindung auch die Bindungsverhältnisse und damit die Kraftkonstanten der benachbarten Bindungen (geringfügig) ändern. Ein Satz vollständiger Kraftkonstanten eines Moleküls einschließlich aller Wechselwirkungskraftkonstanten wird Kraftfeld genannt.

Nachteile

Die Koordinatenabhängigkeit [4] der Kraftkonstanten begrenzt ihre Nützlichkeit als Bindungsstärkedeskriptor. In den letzten Jahren hat sich daher die Verwendung der von Compliance Konstanten eingebürgert,[5][6] da diese eine deutlich bessere Transferierbarkeit garantieren.

Einzelnachweise

  1.  Georg Wedler: Lehrbuch der Physikalischen Chemie. 4. Auflage. Wiley-VCH, 1997, ISBN 3-527-29481-3, S. 614.
  2.  Peter Atkins, Julio de Paula: Physikalische Chemie. 4. Auflage. Wiley-VCH, 2006, ISBN 3-527-31546-2, S. 333.
  3.  Douglas A. Skoog, James J. Leary: Instrumentelle Analytik: Grundlagen, Geräte, Anwendungen. Springer Verlag, 1996, ISBN 354-0-60450-2, S. 277 (Auszug in der Google Buchsuche).
  4.  K. Brandhorst, J. Grunenberg,: How strong is it? The interpretation of force and compliance constants as bond strength descriptors. Chemical Society Reviews, 37, 2008, S. 1558.
  5.  S. Shaik et al.: Quadruple bonding in C2 and analogous eight-valence electron species. Nature Chemistry, 4, 2012, S. 195.
  6.  P. Schreiner et al.: A Formal Carbon–Sulfur Triple Bond: HCSOH. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 2009, S. 8133.

Literatur

Gernot Frenking: Kraftkonstanten. In: Römpp Chemie-Lexikon, Thieme Verlag, Stand November 2005.

Kai Brandhorst, Jörg Grunenberg. Characterizing Chemical Bond Strengths Using Generalized Compliance Constants. ChemPhysChem, 8, 1151-1156, 2007.