Forschern ist es gelungen, einen Kristall mit einer seltenen Bindung zwischen Uran und Kohlenstoff herzustellen.
In einem Molekül bleiben Atome dank ihrer Elektronen aneinander gebunden. Je nachdem, wie sie miteinander wechselwirken, können sie einfache, Doppel- oder Dreifachbindungen bilden. Diese sind nicht alle gleich, insbesondere wenn ein Metall beteiligt ist.
Verteilung der 92 Elektronen des Uranatoms auf seine verschiedenen Elektronenschalen.
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Chemiker können seit Langem bestimmte Dreifachbindungen zwischen Kohlenstoff und Metallen herstellen. Mit Uran, einem schweren Metall, hatten sie jedoch deutlich größere Schwierigkeiten, eine bestimmte Art von Bindung zu erzeugen, die als „Fischer-Carbin“ bezeichnet wird. Andere Uran-Kohlenstoff-Bindungen waren bereits bekannt, doch diese spezielle Form widerstand den Herstellungsversuchen.
Ein internationales Team hat schließlich eine Lösung gefunden. Die Forscher ließen eine uranhaltige Substanz mit einer anderen reagieren, die Kohlenstoff liefern konnte. Sie erhielten ein rotes Pulver und anschließend kleine Kristalle. Die hergestellten Moleküle enthalten zwei Uranatome, die durch eine Gruppe aus Kohlenstoff und Stickstoff miteinander verbunden sind.
Diese Kristalle ermöglichten es, die Struktur der Verbindung mithilfe von Röntgenstrahlen zu untersuchen. Die Forscher konnten so die Position der Atome und den sehr kurzen Abstand zwischen Uran und Kohlenstoff messen. Das reichte jedoch nicht aus, um die genaue Art ihrer Bindung zu bestimmen.
Daher untersuchten sie die Verteilung der Elektronen mithilfe weiterer Messungen und computergestützter Berechnungen. Das Ergebnis bestätigt eine Wechselwirkung mit den Merkmalen einer Dreifachbindung.
Warum hat diese Entdeckung so viel Arbeit erfordert? Dreifachbindungen zwischen Uran und Kohlenstoff waren bereits unter sehr besonderen Bedingungen beobachtet worden, etwa bei extrem niedrigen Temperaturen. Hier konnten die Forscher jedoch eine feste Verbindung isolieren und sie mit üblichen Labormethoden untersuchen.
Die Entdeckung hilft vor allem dabei, besser zu verstehen, wie Uran Bindungen mit anderen Elementen eingeht. Das ist wichtig für die Untersuchung der schweren Metalle aus seiner Gruppe, deren Elektronen sich manchmal anders verhalten als die von häufiger vorkommenden Metallen.
Die Forscher wollen nun die möglichen Reaktionen dieser Verbindung untersuchen und versuchen, weitere Moleküle derselben Art herzustellen. Sie verfügen jetzt über ein neues konkretes Beispiel, um chemische Bindungen zu verstehen, die bislang besonders schwer zu untersuchen waren.