Перенос електрона
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перенос електрона (ПЕ) — процес, при якому електрон передається від одного атома або молекули до іншого атома або молекули. ПЕ — механістичний опис термодинамічного поняття окислювально-відновлювальних реакцій, при якому змінюються стани окислення обох реагентів реакції. Численні істотні процеси в біології використовують реакції переносу електрону, зокрема: зв'язування і транспорт кисню, фотосинтез/дихання, метаболічні синтези, і токсифікація високо-активних сполук. Додатково, процес передачі енергії може бути формалізований як два електронні обміни (дві конкуруючі події ПЕ в протилежних напрямках). Реакції ПЕ зазвичай залучають переходні металеві комплекси, але зараз відомо багато прикладів ПЕ в органічних молекулах.
Зміст |
[ред.] Класи переносу електрона
Існує декілька класів переносу електрона, які визначаються станом окислення обох реагентів та зв'язком між ними.
[ред.] Перенос електрона на внутрішній сфері
- Основна стаття: Перенос електрона на внутрішній сфері
При ПЕ внутрішній координаційній сфері обидва центри ковалентно з'єднуються один з одним протягом ПЕ. Цей міст може бути постійним, у цьому випадку подія переносу електронна називається внутрішньомолекулярним переносом електрона. Звичайніше, проте, ковалентний зв'язок швидкоплинний, що формуючись тільки до ПЕ, а потім роз'єднується після проходження події ПЕ. У таких випадках, перенос електрона називається міжмолекулярним переносом електрона. Відомий приклад ПЕ на внутрашній сфері, що проходить через швидкоплинний зв'язок — відновлення [CoCl(NH3) 5]2+ за допомогою [Cr(H2O) 6]2+, як описано Таубе. В даному випадку ліганд хлориду — з'єднуючий ліганд, який по'єднує окислювально-відновлювальні реагенти.
[ред.] Перенос електрона на зовнішній сфері
- Основна стаття: Перенос електрона на зовнішній сфері
При ПЕ зовнішній координаційній сфері окислювально-відновлювальні центри, що беруть участь в реакції, не зв'язуються через протягом події ПЕ. Натомість, електрон «стрибає» через простір від відновлюючтого центру до акцептора. Перенос електрона на зовнішній сфері є міжмолекулярним згідно визначенню. ПЕ на зовнішній сфері може відбуватися між різними хімічними сполуками або між такими ж самими, які відрізняються тільки станом окислення. Останній процес називається само-обміном. Як приклад, само-обмін описує вироджену реакцію між пермарганатом і його відновленою одно-електронною формою, манганатом:
- [MnO4]- + [Mn*O4]2- → [MnO4]2- + [Mn*O4]-
Ключове поняття теорії Маркуса у тому, що швидкісті таких само-обмінних реакцій математично пов'язані з швидкостями «перехресних реакцій». Перехресні реакції протікають між реагентами, які відрізняються сильніше, ніж своїм станом окислення. Один приклад (з багатьох тисяч) — відновлення перманганату йодидом, щоб сформувати йод і, знову, манганат.
[ред.] Гетерогенний перенос електрона
- Основна стаття: Гетерогенний перенос електрона
Протягом гетерогенного переносу електрон переміщається між хімічними сполуками у розчині та твердим електродом. Теорії, що мають справу з гетерогенним переносом електрону мають застосування у електрохімії і створенні сонячни батарей.
[ред.] Теорія
Перша загальноприйнята теорія ПЕ була розроблена Рудольфом Маркусом для опису ПЕ на зовншній сфері і буля заснована на підході теорій перехідного стану. Теорія Маркуса була потім зозширена, включатючи ПЕ на внутрішній сфері Ноелем Хашем і Рудольфом Маркусом. Ця теорія була названа Теорією Хаша-Маркуса, і могла пояснити більшість випадків передачі електрона. Обидві теорії, проте, напів-класичні за природою, хоча вони були розширені до квантово-механічних Д. Джортнером, Єнсом Ульструпом та іншими, виходячи з золотого правила Фермі і слідуючи за раннми зовоти з безвипромінювальних переходів. Пізніше теоріх були дороблені, беручи до уваги ефекти вібронних зв'язків на перенос електрону. Зокрема, була створена теорія PKS переносу електрона.
