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Antioxidatives Schutzsystem

Freie Radikale

Definition
Radikale sind Atome, Moleküle oder Ionen, die ein oder mehrere ungepaarte Elektronen enthalten.

Zwei Elektronen für jedes Orbital

Abb.1
Gestalt des p-Orbitals

In der modernen Chemie bewegen sich die Elektronen von Atomen, Molekülen oder Ionen nicht auf Bahnen oder Schalen, sie sind in Orbitalen organisiert. Orbitale werden mathematisch berechnet und beschreiben geometrische Räume, in dem sich die Elektronen mit großer Wahrscheinlichkeit aufhalten. Im einfachsten Fall ist dies eine Kugel, die Orbitale können aber auch komplexere Gestalt annehmen, z.B. die hantelähnliche Struktur des p-Orbitals.

In jedes Orbital passen zwei Elekronen, die sich in verschiedene Richtungen drehen - sie sind "gepaart". Ein Orbital mit nur einem, ungepaarten Elektron ist ein energetisch ungünstiger Zustand. Atome und Molekül sind daher bestrebt, alle ihre Orbitale mit zwei Elektronen zu füllen. Bleibt dennoch ein Elektron ungepaart, spricht man von einem Radikal (R).

Die Entstehung von Radikalen

Abb.2
Spaltung eines Brom-Moleküls

Spaltung eines Brom-Moleküls durch energiereiche Strahlung

Durch Einwirkung hochenergetischer Strahlung kann die Bindung zwischen zwei Atomen eines Moleküls so angeregt werden, dass die Bindung bricht und beide Molekülteile jeweils ein Elektron der Bindung behalten. Bei einem solchen homolytischen Bindungsbruch entstehen aus einem Molekül zwei Radikale mit jeweils einem ungepaarten Elektron.

Radikale entstehen auch, wenn aus neutralen Molekülen mit ausschließlich gepaarten Elektronen ein Elektron entfernt wird: RR+• + e Ebenso wie R+• ist auch R-• ein Radikal-Ion. Es entsteht, wenn ein neutrales Molekül ein Elektron aufnimmt: R + eR-•

Die Reaktivität von Radikalen

Radikale sind so sehr bestrebt, ihrem ungepaarten Elektron einen Partner zu vermitteln, dass sie sich meist bereits nach sehr kurzer Zeit mit einem anderen Radikal verbinden oder einem anderen, schwächeren Reaktionspartner das benötigte Elektron entreißen. Bei den meisten Radikalen beträgt die Halbwertszeit, also die Zeit, in der die Hälfte aller Radikale bereits wieder verschwunden ist, nur etwa 1010 Sekunden.

Diese sehr reaktiven, kurzlebigen Radikale werde auch als freie Radikale bezeichnet. Meist treten sie nur als nicht fassbare Zwischenstufen chemischer Reaktionen auf.

In biologischen Systemen können freie Radikale großen Schaden anrichten, wenn sie sensiblen Molekülen Elektronen entreißen oder sich mit Biomolekülen verbinden. Die veränderten Biomoleküle können meist ihre eigentliche Aufgabe nicht mehr erfüllen. Im günstigsten Fall werden sie entdeckt, abgebaut und durch ein neues Molekül ersetzt. Im ungünstigsten Fall schädigt das veränderte Molekül die Zelle so sehr, dass sie stirbt oder sich in eine Krebszelle verwandelt.

Vertiefende Lerneinheiten in der ChemgaPedia

Gestalt der Atomorbitale

Orbitalbesetzung

Radikale

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