Teilchenradius

Der Begriff Teilchenradius bezeichnet in der Physik die charakteristische Längeneinheit, die die Größe eines Teilchens angibt. Je nach System und Messmethode ist der Radius nicht eindeutig definiert, besonders bei nicht kugelförmigen, weichen oder verschachtelten Partikeln. Daher verwendet man oft äquivalente Radien, die aus Volumen, Diffusion oder Streuung abgeleitet werden.

Geometrischer Radius: Für harte, annähernd kugelförmige Teilchen entspricht er dem Radius einer Kugel mit demselben Volumen. Der volumenäquivalente Radius R_v = (3V/4π)^{1/3} ist praktisch, wenn Formprofil oder exakte Geometrie unbekannt sind.

Hydrodynamischer Radius: In einem Fluid ist dies die Größe, die in der Diffusion oder Mobilität relevant ist. Er folgt aus der Stokes-Einstein-Beziehung D = k_B T / (6π η R_h). Der hydrodynamische Radius umfasst typischerweise auch die von Lösungsmittelmolekülen umgebene Schalenschicht.

Radius der Gyration: In der Polymer- und Biophysik definiert durch R_g = sqrt(<r^2>), gemessen aus Streudaten; er spiegelt die räumliche Masseverteilung wider. Aus SAXS/SANS oder Lichtstreuung abgeleitete Werte liefern häufig R_g.

Zusätzliche Konzepte: Für Kern-Schale-Partikel ergibt sich ein Kernradius und ein äußerer Radius einschließlich Hülle. In der Optik oder bei der Formanalyse spricht man oft vom effektiven Radius, der aus Messungen abgeleitet wird.

Bestimmungsmethoden: TEM/SEM liefern direkte geometrische Durchmesser; Dynamische Lichtstreuung (DLS) und Small-Angle X‑Ray/Säutron Streuung (SAXS/SANS) liefern effektive Radien wie R_h oder R_g; AFM kann Oberflächenprofile liefern.

Anwendungen: Der Teilchenradius ist entscheidend in Kolloidchemie, Nanotechnologie, Materialwissenschaft, Biophysik und Pharmazie, da Größe Diffusion, Reaktionskinetik, Stabilität und Oberflächeneigenschaften beeinflusst.

---