Transferencia de electrones

Bajo una transferencia de electrones está la transferencia de un electrón entre dos centros separados espacialmente debido a transiciones de la mecánica cuántica . Este es un proceso central de transferencia de energía a escala microscópica, que es relevante para la química (unión y excitación en sistemas moleculares), basado en esto para la biología y para la física y basado en esto en procesos tecnológicamente relevantes en ciencia de materiales (por ejemplo, B. la industria de semiconductores). Dependiendo del tema, otros aspectos están relacionados con el término transferencia de electrones .

En química, se habla de reacción de transferencia de electrones (también reacción de transferencia de electrones ) como una reacción a la transferencia de electrones, es decir, el estado inicial y final macroscópicamente tangible (y por lo tanto incluye, por ejemplo, cualquier enfoque, por ejemplo , difusión , de los centros).

En biología , la interacción de la transferencia de electrones y el entorno molecular heterogéneo es importante para los procesos complejos en los procesos biológicos, y se resume allí como la cadena de transporte de electrones .

La transferencia de electrones de la mecánica cuántica a escala microscópica también juega un papel central en los componentes electrónicos. Sin embargo, los efectos específicos de la mecánica cuántica se deben al tamaño de los componentes y al número de electrones y átomos involucrados. Generalmente no hay papel y se habla de transporte de electrones o de corriente medible macroscópicamente. Sin embargo, tan pronto como está involucrada una interfaz , ocurren procesos microscópicos que son descritos por la física del estado sólido y son e. B. en tecnología de semiconductores o fotovoltaica son importantes.

Clasificaciones (química)

Se distingue lo homogéneo por la transferencia de electrones heterogénea . El primero identifica el intercambio dentro de dos especies químicas (por ejemplo, dos moléculas ). En la transferencia de electrones heterogéneos, el electrón se intercambia entre un electrodo y una especie química. El donante de electrones ( donante para abreviar ) libera un electrón al llamado aceptor .

Si el donante y el aceptor están dentro de una especie química, se habla de una transferencia de electrones intramolecular . Sin embargo, si un electrón se intercambia entre dos especies, esta forma se denomina transferencia de electrones intermolecular .

Si la transferencia de electrones es el mecanismo químico, el comportamiento redox de la especie es una consecuencia de ella. El donante de electrones se oxida en el momento de la transferencia de electrones (es decir, su número de oxidación aumenta ), mientras que el aceptor se reduce (es decir, su número de oxidación se reduce).

Química física de la transferencia de electrones

Las teorías cinéticas , como la teoría de Marcus , intentan comprender la velocidad de las reacciones de transferencia de electrones como consecuencia de las funciones de estado termodinámicas . Los pronósticos cuantitativos solo son posibles en casos excepcionales utilizando los modelos conocidos en la actualidad. La descripción se hace más difícil por el enorme número de variables mal mensurables, por un lado, y la complejidad del mecanismo aparentemente simple, por el otro. Los modelos más modernos intentan una integración consistente del proceso de difusión en las teorías del proceso elemental. Las teorías de Kramer y las teorías del encuentro son importantes aquí .

Los métodos experimentales para investigar la transferencia de electrones son principalmente métodos de resonancia magnética (por ejemplo, resonancia de espín de electrones ), métodos de relajación (por ejemplo , espectroscopia láser ) y también métodos electroquímicos (a menudo en combinación con los otros métodos mencionados).

literatura

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