Elektroninsiirtoa

Elektroninsiirto on kemiallinen ja fysikaalinen prosessi, jossa elektroni siirtyy donorilta vastaanottajalle. Se on keskeinen osa redox-reaktioita sekä inorgaanisessa että orgaanisessa kemiassa sekä biokemiassa. Elektroninsiirtoa tapahtuu sekä ratkaisevissa reaktioissa että energiantuotannossa, esimerkiksi bioenergian tuotannossa ja materiaalitieteessä.

Siirroilla on kaksi päämekanismia. Sisäkuorinen elektroninsiirto tarkoittaa tilannetta, jossa donorin ja vastaanottajan välillä muodostuu tilapäinen sidos tai sillan välittäjä, jolloin elektroni siirtyy niiden kautta. Ulkokuorinen (tai ulkosidoksellinen) elektroninsiirto tapahtuu ilman pysyvää sidosta, ja siirto tapahtuu pääasiassa elektronin tunneli- tai reitittymäpron kautta ympäröivän median avulla.

Elektroninsiirron nopeuteen vaikuttavat sekä driving force että ympäristön reorganisaatio. Marcus-teoria kuvaa, miten siirtokulun kiihtyvyys riippuu vapaan energian muutoksesta ΔG° sekä ympäristön reagoivien molekyylien reorganisaatiosta λ. Teorian mukaan reaktion nopeus voi käyttäytyä normaalissa alueessa ja kääntymisalueessa (inverted region), mikä johtaa ei-intuitiivisiin vaikutuksiin ΔG°:n suurentuessa.

Biologiassa elektroninsiirrot ovat keskeisiä soluhengityksen ja fotosynteesin elektroninsiirtoketjuissa, joissa elektronit siirtyvät proteiinikomponenttien kautta energiantuotannoksi ja protonitoiminnan synnyttämiseksi. Teknologisesti ne ovat perusta elektrochemialle, akkuteknologialle, polttoainekennolle ja korroosion tutkimukselle, sekä ne vaikuttavat materiaaleiden ominaisuuksiin ja reaktioiden suunnitteluun.