Перенос електрона (ПЕ) — процес, при якому електрон передається від одного атома або молекули до іншого атома або молекули. Перенос електрона — механістичний опис термодинамічного поняття окисно-відновних реакцій, при якому змінюються стани окиснення обох реагентів реакції. Численні істотні процеси в біології використовують реакції переносу електрона, зокрема: зв'язування і транспорт Оксигену, фотосинтез/дихання, метаболічні синтези, і токсифікація високо-активних сполук. Додатково, процес може бути формалізований як два електронні обміни (дві конкуруючі події переносу електрона в протилежних напрямках). Реакції переносу електрона зазвичай залучають переходні металеві комплекси, але зараз відомо багато прикладів переносу електрона в органічних молекулах.
Класи переносу електрона
Існує декілька класів переносу електрона, які визначаються станом окиснення обох реагентів та зв'язком між ними.
Перенос електрона на внутрішній сфері
При переносі електрона на внутрішній координаційній сфері обидва центри ковалентно з'єднуються один з одним протягом переносу. Цей міст може бути постійним, у цьому випадку подія переносу електрона називається внутрішньомолекулярним переносом електрона. Звичайніше, проте, ковалентний зв'язок швидкоплинний, що формуючись тільки до переносу електрона, а потім роз'єднується після завершення події переносу. У таких випадках, перенос електрона називається міжмолекулярним переносом електрона. Відомий приклад переносу електрона на внутрашній сфері, що проходить через швидкоплинний зв'язок — відновлення [CoCl(NH3) 5]2+ за допомогою [Cr(H2O) 6]2+, як описано Таубе. У цьому випадку ліганд хлориду — з'єднуючий ліганд, який поєднує окислювально-відновлювальні реагенти.
Перенос електрона на зовнішній сфері
При переносі електрона на зовнішній координаційній сфері окислювально-відновлювальні центри, що беруть участь в реакції, не зв'язуються через протягом події переносу. Натомість, електрон «стрибає» через простір від відновлюючого центру до акцептора. Перенос електрона на зовнішній сфері є міжмолекулярним за визначенням. Перенос електрона на зовнішній сфері може відбуватися між різними хімічними сполуками або між такими ж самими, які відрізняються тільки станом окиснення. Останній процес називається само-обміном. Як приклад, само-обмін описує реакцію між пермарганатом і його відновленою одноелектронною формою, :
- [MnO4]- + [Mn*O4]2- → [MnO4]2- + [Mn*O4]-
Ключове поняття теорії Маркуса у тому, що швидкості само-обмінних реакцій математично пов'язані зі швидкостями «перехресних реакцій». Перехресні реакції протікають між реагентами, які відрізняються ще чимось, окрім стану окиснення. Один приклад (з багатьох тисяч) — відновлення перманганату йодидом, щоб сформувати йод і, знову, манганат.
Гетерогенний перенос електрона
Протягом гетерогенного переносу електрон переміщається між хімічними сполуками у розчині та твердим електродом. Теорії, що мають справу з гетерогенним переносом електрона мають застосування у електрохімії і створенні сонячни батарей.
Адіабатний електронний перенос
Процес переносу електрона, при якому система, що реагує, залишається на одній електронній поверхні при переході від реактантів до продуктів. Для таких переходів є близьким до одиниці.
Неадіабатний електронний перенос
Процес електронного переносу, при якому реагуюча система має перейти по шляху від реактантів до продуктів між двома різними електронними поверхнями. Цей термін IUPAC вважає невдалим, бо він вміщує подвійне заперечення, кращим є в цьому випадку термін діабатний електронний перехід.
Теорія
Перша загальноприйнята теорія переносу електрона була розроблена Рудольфом Маркусом для опису переносу електрона на зовншній сфері і буля заснована на підході . Теорія Маркуса була потім розширена, включатючи перенос електрона на внутрішній сфері і Рудольфом Маркусом. Ця теорія була названа , і могла пояснити більшість випадків передачі електрона. Обидві теорії, проте, напівкласичні за природою, хоча вони були розширені до квантово-механічних , та іншими, виходячи з золотого правила Фермі і слідуючи за ранніми роботами з безвипромінювальних переходів. Пізніше теорії були дороблені, беручи до уваги ефекти вібронних зв'язків на перенос електрона. Зокрема, була створена .
Джерела
- Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Perenos elektrona PE proces pri yakomu elektron peredayetsya vid odnogo atoma abo molekuli do inshogo atoma abo molekuli Perenos elektrona mehanistichnij opis termodinamichnogo ponyattya okisno vidnovnih reakcij pri yakomu zminyuyutsya stani okisnennya oboh reagentiv reakciyi Chislenni istotni procesi v biologiyi vikoristovuyut reakciyi perenosu elektrona zokrema zv yazuvannya i transport Oksigenu fotosintez dihannya metabolichni sintezi i toksifikaciya visoko aktivnih spoluk Dodatkovo proces mozhe buti formalizovanij yak dva elektronni obmini dvi konkuruyuchi podiyi perenosu elektrona v protilezhnih napryamkah Reakciyi perenosu elektrona zazvichaj zaluchayut perehodni metalevi kompleksi ale zaraz vidomo bagato prikladiv perenosu elektrona v organichnih molekulah Klasi perenosu elektronaIsnuye dekilka klasiv perenosu elektrona yaki viznachayutsya stanom okisnennya oboh reagentiv ta zv yazkom mizh nimi Perenos elektrona na vnutrishnij sferi Dokladnishe Pri perenosi elektrona na vnutrishnij koordinacijnij sferi obidva centri kovalentno z yednuyutsya odin z odnim protyagom perenosu Cej mist mozhe buti postijnim u comu vipadku podiya perenosu elektrona nazivayetsya vnutrishnomolekulyarnim perenosom elektrona Zvichajnishe prote kovalentnij zv yazok shvidkoplinnij sho formuyuchis tilki do perenosu elektrona a potim roz yednuyetsya pislya zavershennya podiyi perenosu U takih vipadkah perenos elektrona nazivayetsya mizhmolekulyarnim perenosom elektrona Vidomij priklad perenosu elektrona na vnutrashnij sferi sho prohodit cherez shvidkoplinnij zv yazok vidnovlennya CoCl NH3 5 2 za dopomogoyu Cr H2O 6 2 yak opisano Taube U comu vipadku ligand hloridu z yednuyuchij ligand yakij poyednuye okislyuvalno vidnovlyuvalni reagenti Perenos elektrona na zovnishnij sferi Dokladnishe Pri perenosi elektrona na zovnishnij koordinacijnij sferi okislyuvalno vidnovlyuvalni centri sho berut uchast v reakciyi ne zv yazuyutsya cherez protyagom podiyi perenosu Natomist elektron stribaye cherez prostir vid vidnovlyuyuchogo centru do akceptora Perenos elektrona na zovnishnij sferi ye mizhmolekulyarnim za viznachennyam Perenos elektrona na zovnishnij sferi mozhe vidbuvatisya mizh riznimi himichnimi spolukami abo mizh takimi zh samimi yaki vidriznyayutsya tilki stanom okisnennya Ostannij proces nazivayetsya samo obminom Yak priklad samo obmin opisuye reakciyu mizh permarganatom i jogo vidnovlenoyu odnoelektronnoyu formoyu MnO4 Mn O4 2 MnO4 2 Mn O4 Klyuchove ponyattya teoriyi Markusa u tomu sho shvidkosti samo obminnih reakcij matematichno pov yazani zi shvidkostyami perehresnih reakcij Perehresni reakciyi protikayut mizh reagentami yaki vidriznyayutsya she chimos okrim stanu okisnennya Odin priklad z bagatoh tisyach vidnovlennya permanganatu jodidom shob sformuvati jod i znovu manganat Geterogennij perenos elektrona Dokladnishe Protyagom geterogennogo perenosu elektron peremishayetsya mizh himichnimi spolukami u rozchini ta tverdim elektrodom Teoriyi sho mayut spravu z geterogennim perenosom elektrona mayut zastosuvannya u elektrohimiyi i stvorenni sonyachni batarej Adiabatnij elektronnij perenos Proces perenosu elektrona pri yakomu sistema sho reaguye zalishayetsya na odnij elektronnij poverhni pri perehodi vid reaktantiv do produktiv Dlya takih perehodiv ye blizkim do odinici Neadiabatnij elektronnij perenos Proces elektronnogo perenosu pri yakomu reaguyucha sistema maye perejti po shlyahu vid reaktantiv do produktiv mizh dvoma riznimi elektronnimi poverhnyami Cej termin IUPAC vvazhaye nevdalim bo vin vmishuye podvijne zaperechennya krashim ye v comu vipadku termin diabatnij elektronnij perehid TeoriyaPersha zagalnoprijnyata teoriya perenosu elektrona bula rozroblena Rudolfom Markusom dlya opisu perenosu elektrona na zovnshnij sferi i bulya zasnovana na pidhodi Teoriya Markusa bula potim rozshirena vklyuchatyuchi perenos elektrona na vnutrishnij sferi i Rudolfom Markusom Cya teoriya bula nazvana i mogla poyasniti bilshist vipadkiv peredachi elektrona Obidvi teoriyi prote napivklasichni za prirodoyu hocha voni buli rozshireni do kvantovo mehanichnih ta inshimi vihodyachi z zolotogo pravila Fermi i sliduyuchi za rannimi robotami z bezviprominyuvalnih perehodiv Piznishe teoriyi buli dorobleni beruchi do uvagi efekti vibronnih zv yazkiv na perenos elektrona Zokrema bula stvorena DzherelaGlosarij terminiv z himiyi uklad J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Don Veber 2008 738 s ISBN 978 966 335 206 0