Techniklexikon

Potentialhyperfläche

Chemie, Physikalische Chemie, die Fläche, die die potentielle Energie eines Moleküls oder einer Reaktion als Funktion der Kernabstände der Atome darstellt. Die Potentialhyperfläche eines zweiatomigen Moleküls ist eine Potentialkurve . Die potentielle Energie für die Bewegung der Atome in einem Molekülverband kann mit Hilfe der Schrödinger-Gleichung berechnet werden. Dabei entsprechen die niedrigsten Eigenwerte Punkten auf der Potentialhyperfläche des Grundzustands, höhere Eigenwerte Punkten auf der Potentialhyperfläche angeregter Zustände.

Um die Kernkonfiguration eines dreiatomigen Moleküls ABC zu bestimmen, müssen die drei Kernabstände r_AB, r_BC und r_AC berücksichtigt werden. Ist dieses Molekül linear, müssen nur r_AB und r_BC einbezogen werden, da r_AC = r_AB + r_BC gilt. In diesem Fall ist die Potentialhyperfläche die Fläche im E_pot-r_AB-r_BC-Diagramm (siehe Abb. 1).

Für die Reaktion AB + C  A + BC beispielsweise ist die Potentialhyperfläche die potentielle Energie der drei Atome als Funktion der drei Atomabstände (siehe Abb. 2). Auf der Seite der Ausgangsstoffe befindet sich das Molekül AB in einem Minimum der potentiellen Energie, auf der Produktseite das Molekül BC. Der Weg von AB nach BC verläuft über die Kurve ABC minimaler potentieller Energie und wird als Reaktionskoordinate bezeichnet. Die potentielle Energie des Übergangszustands entspricht dem höchsten Energiewert der Reaktionskoordinate, d.h. dem Sattelpunkt der Potentialhyperfläche.

Potentialhyperfläche 1: Die Potentialhyperfläche eines linearen dreiatomigen Moleküls ABC in Abhängigkeit von den Kernabständen r_AB und r_BC.

Potentialhyperfläche 2: Die Potentialhyperfläche für die Reaktion AB + C  A + BC in Abhängigkeit von den Kernabständen r_AB und r_BC, wenn sich C linear in Bindungsrichtung AB annähert.