Hydrodynamischer Radius

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Der hydrodynamische Radius R_0 (auch „Stokesradius“ nach George Gabriel Stokes) ist der Radius einer hypothetischen festen Kugel, die in einem Lösungsmittel dieselben Diffusionseigenschaften besitzt wie das durch den hydrodynamischen Radius beschriebene Teilchen (zum Beispiel Ion, Protein, Micelle, Virus oder Staubpartikel).

Das Volumen eines Teilchens in Lösung besteht aus dem Volumen seiner Atomkerne, Elektronenwolken sowie des Volumens der das gelöste Teilchen umgebenden Lösungsmittelmoleküle. Diese können aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen fest an das Teilchen gebunden sein (Grotthus-Mechanismus). Bewegt es sich durch die Lösung, so ist es gezwungen, diese Solvathülle „mitzuschleppen“. Das heißt, je größer das Volumen des Teilchens, desto erschwerter die Diffusion.

Da die realen Ausmaße des Teilchens in Lösung nicht direkt messbar sind, wird der hydrodynamische Radius über die Stokes-Einstein-Gleichung definiert (die Temperatur, die Viskosität und die Diffusionskonstante können in der Praxis gemessen werden):

R_0 = \frac{k_B \cdot T}{6 \cdot \pi \cdot \eta \cdot D}

mit

Der hydrodynamische Radius kann beträchtlich vom realen Radius des Teilchen abweichen; meist ist er kleiner als der effektive Radius des Teilchens.

In der Praxis wird der hydrodynamische Radius von Proteinen und Polymeren ermittelt durch

Gemessen wird der Radius unter anderem, um das Verhalten von Polymeren gegenüber Lösungsmitteln zu prüfen oder um Aussagen über die Struktur von Proteinen machen zu können.