elektronentransfer

Elektronentransfer bezeichnet die Bewegung von Elektronen zwischen chemischen Spezies. Er bildet einen zentralen Mechanismus in Redoxreaktionen, Stoffwechselprozessen, elektrochemischen Systemen und Materialien, in denen Elektronen von einer Spezies auf eine andere übertragen werden. Typisch hängt der Prozess von Unterschieden in Redoxpotentials ab und kann sowohl spontan als auch durch äußere Anregung erfolgen.

Es gibt verschiedene Mechanismen. Beim inneren-Sphere-Mechanismus erfolgt die Übertragung über eine Brücke, zum Beispiel durch einen ligandenvermittelten Zwischenzustand, bei dem der Elektronentransfer indirekt über eine Bindungspartner beteiligt ist. Beim äußeren-Sphere-Mechanismus erfolgt der Transfer ohne direkte Brücke; Elektronen tunneln oder werden durch Veränderungen in der Solvatation und der Orientierung von Reaktanden übertragen. Die Raten hängen stark vom Abstand, der Orientierung, der Reorganisation der Umgebung und der freien Energieänderung ab. Die Marcus-Theorie bietet einen theoretischen Rahmen, um Reorganisationsenergie und Aktivierungsbarriere zu beschreiben und Vorhersagen über die Reaktionsgeschwindigkeit zu ermöglichen.

Biosysteme nutzen Elektronentransfer in der Energiegewinnung, etwa in der Elektronentransportkette der Zellatmung oder der Photosynthese, wo Elektronen entlang von Proteinkomplexen transferiert werden. In der Chemie ist er grundlegend für Elektrochemie, Batterien, Katalyse und Korrosion. In der Materialwissenschaft kommt Elektronentransfer in leitfähigen Polymeren, organischen Halbleitern und nanoskaligen Systemen zum Tragen, oft mit Tunbarkeit durch Distanz, Umgebung und Beleuchtung.

Typische Beispiele umfassen Redoxpaare wie Fe2+/Fe3+, Ferrocyanid/Ferricyanid und pigment- oder Proteinvermittelte Transfers in biologischen Systemen.