Transfer elektronów
W ramach przeniesienia elektronu następuje przeniesienie elektronu między dwoma przestrzennie oddzielonymi centrami z powodu przejść kwantowo-mechanicznych . Jest to centralny proces przenoszenia energii w skali mikroskopowej, istotny dla chemii (wiązanie i wzbudzanie w układach molekularnych), oparty na tym dla biologii i fizyki i oparty na tym w procesach technologicznie istotnych w materiałoznawstwie (np.B. przemysł półprzewodników). W zależności od tematyki z pojęciem przeniesienia elektronu związane są inne aspekty.
W chemii mówi się o reakcji przeniesienia elektronu (także reakcji przeniesienia elektronu ) jako reakcji na przeniesienie elektronu, czyli raczej makroskopowo namacalny stan początkowy i końcowy (a więc obejmuje np. Dowolne podejście, np. Dyfuzję , centrów).
W biologii interakcja transferu elektronów i heterogenicznego środowiska molekularnego jest ważna dla złożonych procesów w procesach biologicznych i jest tam podsumowana jako łańcuch transportu elektronów .
Kwantowo-mechaniczny transfer elektronów w skali mikroskopowej również odgrywa kluczową rolę w komponentach elektronicznych. Jednak określone efekty mechaniki kwantowej odgrywają rolę ze względu na rozmiar komponentów oraz liczbę zaangażowanych elektronów i atomów. Na ogół nie ma roli i mówi się o transporcie elektronów lub prądzie mierzalnym makroskopowo. Jednak gdy tylko występuje interfejs , zachodzą procesy mikroskopowe, które są opisane przez fizykę ciała stałego i są np. B. w technologii półprzewodnikowej lub fotowoltaice są ważne.
Klasyfikacje (chemia)
Jeden odróżnia jednorodne przez heterogeniczne przeniesienia elektronów. Pierwsza identyfikuje wymianę między dwoma rodzajami chemicznymi (np. Dwiema cząsteczkami ). W heterogenicznym transferze elektronów elektron jest wymieniany między elektrodą a substancją chemiczną. Donor elektronów ( dawca dla zwarcia ) uwalnia elektrony na tzw akceptora .
Jeśli dawca i akceptor znajdują się w obrębie gatunku chemicznego, mówi się o wewnątrzcząsteczkowym transferze elektronów . Jeśli jednak elektron jest wymieniany między dwoma gatunkami, ta forma nazywana jest międzycząsteczkowym przeniesieniem elektronu.
Jeśli mechanizmem chemicznym jest przeniesienie elektronów, konsekwencją tego jest zachowanie redoks gatunku. Donor elektronów utlenia się w momencie przeniesienia elektronu (tj. Zwiększa się jego stopień utlenienia ), natomiast akceptor ulega redukcji (tj. Zmniejsza się jego stopień utlenienia).
Fizyczna chemia przeniesienia elektronu
Teorie kinetyczne , takie jak teoria Marcusa , próbują zrozumieć szybkość reakcji przenoszenia elektronów jako konsekwencję termodynamicznych funkcji stanu. Prognozy ilościowe są możliwe tylko w rzadkich przypadkach przy użyciu znanych dzisiaj modeli. Opis jest utrudniony przez ogromną liczbę słabo mierzalnych zmiennych z jednej strony i złożoność pozornie prostego mechanizmu z drugiej. Bardziej nowoczesne modele są próbą konsekwentnej integracji procesu dyfuzji w teoriach procesu elementarnego. Teorie Kramera i teorie spotkań są tutaj ważne .
Metody eksperymentalne badania transferu elektronów to przede wszystkim metody rezonansu magnetycznego (np. Rezonans spinowy elektronu ), metody relaksacyjne (np. Spektroskopia laserowa ), a także metody elektrochemiczne (często w połączeniu z innymi wymienionymi metodami).
literatura
- Norman Neill Greenwood, Alan Earnshaw: Chemia pierwiastków . Wydanie 2. Butterworth-Heinemann, Oxford 1997, ISBN 0-7506-3365-4 .
- AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 102. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1394-1398.
- DN Beratan, JN Betts, JN Onuchic: Szybkość transferu elektronów białek wyznaczana przez mostkującą strukturę drugorzędową i trzeciorzędową . W: Science . taśma 252 , nie. 5010 , 1991, s. 1285-1288 , doi : 10.1126 / science.1656523 .
- Susan B. Piepho, Elmars R. Krausz, PN Schatz: Model sprzężenia wibronowego do obliczania profili absorpcji o mieszanej walencyjności . W: J. Am. Chem. Soc. taśma 100 , nie. 10 , 1978, s. 2996-3005 , doi : 10.1021 / ja00478a011 .