Mehrfachladung

Mehrfachladung bezeichnet den Zustand, bei dem ein Objekt mehr als eine elementare Ladung trägt. Die Gesamtladung q wird üblicherweise als q = n e angegeben, wobei e die Elementarladung ist und n eine ganze Zahl (n ≠ 0) darstellt. Der Begriff wird in verschiedenen Bereichen verwendet, z. B. in der Chemie und Physik von Ionen, in der Analytik von Massenspektren sowie bei Molekül- oder Nanopartikel-Systemen, die mehrere Ladungen tragen können.

In der Chemie und Festkörperphysik trifft man häufig auf Mono-, Di- oder Multiladungen von Ionen. Monovalente Ionen tragen eine einzelne Ladung, während z. B. Kalziumionen Ca2+ und andere mehrwertige Ionen Mehrfachladungen besitzen. Die Ladung beeinflusst Größen wie den Ionenradius, die Gitter- und Hydratationsenergie und die Stärke der elektrostatischen Wechselwirkungen.

Im Massenspektrometrie ist Mehrfachladung besonders wichtig. Große Moleküle wie Proteine erscheinen oft als multiplizierte Ladungen, etwa 12+ bis 30+. Die Mehrfachladung verschiebt die Messsignale in das Messfenster (kleinerer m/z-Wert) und erleichtert die Analyse großer Biomoleküle. Typische Ionisationstechniken, wie Elektrospray (ESI), erzeugen häufiger Mehrfachladungen als MALDI.

Entstehung von Mehrfachladungen erfolgt durch Elektronentransfer, Protonierung/deprotonierung oder Ionisation. In Clustern, Nanopartikeln oder in Plasmen kann sich eine Mehrfachladung durch Akkumulation von Elektronen oder Löchern ergeben. Hohe Ladung erhöht die Coulomb-Repulsion, begrenzt die Stabilität und kann zu Zerfall oder Fragmentierung führen.

Die Bestimmung der Ladungszustände (Charge-State-Distributions) liefert Einblicke in Struktur, Solvation und Reaktionsbedingungen. Mehrfachladung ist daher ein zentrales Konzept in Analytik, Festkörperchemie, Plasmaphysik und Astrochemie.