Singlet oxygen - Singulettsauerstoff
Channel: Chaoschemiker
Date: 2012-10-02

In this experiment, an excited form of oxygen is presented. This singlet oxygen exists as metastable compound, because the occupation of its antibonding π-Orbitals is against Hund's rule, which describes degenerate orbitals to be filled up first, with all parallel spins (such as all "up"), and afterwards the antiparallel spin (in this case "down") electrons. Therefore it is necessary, to "force" the oxygen in this state, by using other rules of quantum mechanics (consistence of spins on both side of the reaction equation). This is provided by the preparation of oxygen from the reaction of the decomposition of an peroxide-structure, with at least one "none-hydrogen" end.
The necessary peroxohypochloric acid, formed in a reaction of hypochlorite (formed by chlorine and the alkalic milieu in situ) with hydrogenperoxide, decomposes spontaneously to form oxygen in the singlet state. 

Further, singlet oxygen ("containing" one spin up and one spin down electron in the same π-Orbital) has interesting properties, such as being the determining part of the reactivity of oxygen towards double-bonds, or diamagnetism, in contrast to the "double-radical" triplett-oxygen, which is paramagnetic.

By the way: The reverse process of exciting oxygen by using light, only works in small quantities and only in the liquid phase, because it is forbidden and the probability of effective collisions between the oxygen molecules is not given in the gas phase. That's why liquid oxygen appears to be blue (throughshining light is weakened in its red part, so it appears in the complementary colour, that was absorbed: blue).

__

In diesem Versuch wird eine angeregte Form des Sauerstoffs gezeigt: Singulett-Sauerstoff.
Singulettsauerstoff versteht sich als metastabile Verbindung, da die Besetzung der entsprechenden antibindenen π-Orbitale der Hund'schen Regel, welche besagt, dass zuerst alle energetisch entarteten Orbitale einzeln mit parallelem (z.B. einheitlich "up") Spin besetzt werden, zuwiderläuft. Da es sich hierbei um eine energetisch ungünstige Form des Sauerstoffes handelt, müssen andere quantenmechanische Regeln angewendet werden, um diesen photochemisch "verbotenen" Übergang zu bewerkstelligen. So der "Spinerhaltungssatz", welcher besagt, dass auf beiden Seiten einer Reaktionsgleichung die Anzahl der einzelnen Spins (up und down) konstant bleibt. So wird der Singulettsauerstoff durch Zersetzung eines Peroxides erhalten, welches an mindestens einer Seite nicht mit Wasserstoff subsituiert ist: In dem Fall handelt es sich um peroxohypochlorige Säure.
Diese, durch Hypochlorit (Hergestellt in situ durch Reaktion von Chlor mit Natronlauge) und Wasserstoffperoxid entstehende peroxohypochlorige Säure zerfällt unter Freisetzung von Singulettsauerstoff, welcher sich anschließend unter Abgabe von rotem Licht abregt.

Singulettsauerstoff hat weiterhin auch noch andere interessante Eigenschaften, so ist dieser ausschlaggebend für die Reaktivität von Sauerstoff gegenüber Doppelbindungen oder auch sein Diamagnetismus, als Kontrast zum paramagnetischen "biradikalischen" Triplettsauerstoff.

Übrigens: Der umgekehrte Prozess, Triplettsauerstoff mithilfe von Licht anzuregen, funktioniert nur bedingt und nur in der flüssigen Phase, da der Übergang quantenmechanisch verboten ist, und in der Gasphase nicht ausreichend effektive Kollisionen zwischen Sauerstoffmolekülen stattfinden. Das ist der Grund, weshalb flüssiger Sauerstoff blau erscheint (Durchscheinendes Licht wird im roten Spektralbereich geschwächt, daher erscheint es in der entsprechenden Komplementärfarbe, Blau, bestärkt)

Music: "Lullaby" - Bing Satellites

Note: The whole experiment needs to be performed within a fumehood, due to the chlorine gas generation.

Hinweis: Der gesamte Versuch muss aufgrund der Entwicklung von Chlorgas unter einem gut ziehenden Abzug durchgeführt werden.