A сольватированный электрон - это свободный электрон в (сольватированный в) a раствор, и является наименьшим возможным анионом . Сольватированные электроны встречаются широко, хотя их трудно наблюдать напрямую, потому что их время жизни очень короткое. Глубокий цвет растворов щелочных металлов в жидком аммиаке возникает из-за присутствия сольватированных электронов: синий при разбавлении и окрашенный в медь при более высокой концентрации (>3 молярных долей). Обычно дискуссии о сольватированных электронах сосредотачиваются на их растворах в аммиаке, которые стабильны в течение нескольких дней, но сольватированные электроны также встречаются в воде и других растворителях - фактически, в любом растворителе, который обеспечивает перенос электронов во внешнюю среду. Реальную энергию гидратации сольватированного электрона можно оценить, используя энергию гидратации протона в воде в сочетании с кинетическими данными экспериментов импульсного радиолиза. Сольватированный электрон образует кислотно-основную пару с атомарным водородом.
Сольватированный электрон ответственен за большую часть радиационной химии.
Щелочные металлы растворяются в жидком аммиаке, давая темно-синие растворы, которые провести электричество. Синий цвет раствора обусловлен аммонизированными электронами, которые поглощают энергию в видимой области света. Щелочные металлы также растворяются в некоторых небольших первичных аминах, таких как метиламин и этиламин и гексаметилфосфорамид, образуя синие растворы. Сольватированные электронные растворы щелочноземельных металлов магния, кальция, стронция и бария в этилендиамине были использованы для интеркалирования графита с этими металлами.
Если рассматривать растворы в аммиаке, жидкий аммиак растворяет все щелочные металлы и другие электроположительные металлы, такие как Ca,Sr, Ba, Eu и Yb (также Mg с использованием электролитического процесса), давая характерные синие растворы.
Растворы, полученные растворением лития в жидком аммиаке. Верхний раствор имеет темно-синий цвет, а нижний - золотистый. Цвета характерны для сольватированных электронов при электронной изолирующей и металлической концентрациях соответственно.Литий-аммиачный раствор при -60 ° C насыщен примерно при 15 мол.% Металла (МПМ). При увеличении концентрации в этом диапазоне электрическая проводимость увеличивается с 10 до 10 Ом cm (больше, чем у жидкой ртути ). Примерно при 8 MPM происходит «переход в металлическое состояние» (TMS) (также называемый «переходом металл-неметалл» (MNMT)). При 4 MPM происходит разделение фаз жидкость-жидкость: менее плотная фаза золотого цвета становится несмешивающейся с более плотной голубой фазой. При температуре выше 8 МПМ раствор имеет цвет бронзы / золота. В том же диапазоне концентраций общая плотность уменьшается на 30%.
Разбавленные растворы парамагнитны, и при примерно 0,5 МПМ все электроны спарены, и раствор становится диамагнитным. Существует несколько моделей для описания парных спиновых частиц: как ионный тример; как ион-тройка - кластер из двух одноэлектронных разновидностей сольватированных электронов в ассоциации с катионом; или как кластер из двух сольватированных электронов и двух сольватированных катионов.
Сольватированные электроны, образующиеся при растворении восстанавливающих металлов в аммиаке и аминах, представляют собой анионы солей, называемых электридами. Такие соли можно выделить добавлением макроциклических лигандов, таких как краун-эфир и криптанды. Эти лиганды прочно связывают катионы и предотвращают их повторное восстановление электроном.
Его стандартное значение потенциала электрода составляет -2,77 В. Эквивалентная проводимость 177 МОм см аналогична проводимости гидроксид-иона. Это значение эквивалентной проводимости соответствует коэффициенту диффузии 4,75 * 10 см.
Некоторые термодинамические свойства сольватированного электрона были исследованы Джошуа Джортнер и Ричардом М. Нойесом. (1966)
Щелочные водные растворы с pH выше 9,6 регенерируют гидратированный электрон посредством реакции гидратированного атомарного водорода с ионом гидроксида с образованием воды, помимо гидратированных электронов.
Ниже pH = 9,6 гидратированный электрон реагирует с ионом гидроксония, давая атомарный водород, который, в свою очередь, может реагировать с гидратированным электроном, давая гидроксид-ион и обычный молекулярный водород H 2.
. сольватированного электрона можно исследовать с помощью вращающегося кольцевого дискового электрода.
Сольватированный электрон реагирует с кислородом с образованием супероксида радикал (O2). С закисью азота сольватированные электроны реагируют с образованием гидроксильных радикалов (HO). Сольватированные электроны могут улавливаться как из водных, так и из органических систем с помощью нитробензола или гексафторида серы.
Обычным применением натрия, растворенного в жидком аммиаке, является восстановление по Березе. Предполагается, что в других реакциях, где в качестве восстановителя используется натрий, также участвуют сольватированные электроны, например использование натрия в этаноле, как в восстановлении Буво-Блана.
Сольватированные электроны участвуют в реакции металлического натрия с водой. Два сольватированных электрона объединяются с образованием молекулярного водорода и гидроксид-иона.
Сольватированные электроны также участвуют в электродных процессах.
Коэффициент диффузии сольватированного электрона в жидком аммиаке можно определить с помощью ступенчатой хроноамперометрии.
Сольватированные электроны можно найти даже в газовой фазе. Это подразумевает их возможное существование в верхних слоях атмосферы Земли и участие в зародышеобразовании и аэрозоле образовании.
Наблюдение за цветом растворов металл-электрида обычно приписывается Хэмфри Дэви. В 1807–1809 годах он исследовал добавку зерен калия к газообразному аммиаку (сжижение аммиака было изобретено в 1823 году). Джеймс Баллантайн Ханней и Дж. Хогарт повторили эксперименты с натрием в 1879–1880 годах. У. Вейл в 1844 г. и К. А. Сили в 1871 г. использовали жидкий аммиак, а Гамильтон Кэди в 1897 г. связал ионизирующие свойства аммиака со свойствами воды. Чарльз А. Краус измерил электрическую проводимость растворов аммиака металла и в 1907 году приписал его электронам, высвобожденным из металла. В 1918 г. Г. Э. Гибсон и В. Л. Арго представили концепцию сольватированного электрона. Они отметили на основании спектров поглощения, что разные металлы и разные растворители (метиламин, этиламин ) дают одинаковый синий цвет, связанный с общим видом, сольватированным электроном.. В 1970-х годах были охарактеризованы твердые соли, содержащие электроны в качестве аниона.