High and low oxidation states and special bonding situations: an investigation of f-elements, xenon and fluorine by matrix-isolation spectroscopy and quantum-chemical calculations

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von neuen Verbindungen mit Actinoiden oder Lanthanoiden in hohen oder niederen Oxidationsstufen, sowie Verbindungen dieser Metalle mit speziellen Bindungssituationen. Die neuen Verbindungen wurden durch die Reaktion von laser-ablatierten Metallatomen mit einem Reaktivgas erhalten, in Matrizen eingefangen und mittels IR Schwingungsspektroskopie charakterisiert. Durch die Reaktion von Uran- und Thoriumatomen mit HF konnten die beiden neuen Verbindungen HUF und HThF erhalten werden, in denen das Metall die wenig bekannte Oxidationsstufe +II hat. Zusätzlich konnten die An(I) (An = U, Th) Verbindungen AnH und AnF eindeutiger charakterisiert werden und weitere höhere Thoriumhydridfluoride erhalten werden, während dies für Uran nicht gelang. Die Ergebnisse der HF Reaktionen wurden durch Isotopenexperimente und quantenchemische Rechnungen validiert, sowie die unterschiedlichen Reaktivitäten der beiden Metalle und der Einfluss relativistischer Effekte untersucht. Als weitere Actinoidverbindungen wurde H2ThSe und H2USe, sowie die teildeuterierten Verbindungen, durch Reaktion der Metallatome mit H2Se und HDSe erhalten. Diese Verbindungen sind von Interesse, da sie eine ungewöhnliche An–Se Mehrfachbindung enthalten. Die Bindungssituation wurde quantenchemisch untersucht und mit Verbindungen der leichteren Homologen O und S verglichen. In der Reihe der Lanthanoide wurden Metallfluoride mit hohen Metalloxidationsstufen untersucht. Eine Verbindung hierbei ist das Praseodympentafluorid, PrF5, welches aufgrund seiner Elektronenkonfiguration das stabilste Pentafluorid der Lanthanoide sein sollte und eine bisher unbekannte Oxidationsstufe der Lanthanoide darstellen würde. Die Verbindung wurde durch quantenchemische Rechnungen als stabil unter kryogenen Bedingungen vorhergesagt. Dieser Befund konnte experimentell nicht bestätigt werden. Jedoch konnte das bekannte, aber wenig charakterisierte PrF4 Molekül, schwingungsspektroskopisch untersucht werden. In einem weiteren Projekt ...