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2024-03-11T16:26:20Z

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Unter einem '''Elektronentransfer''' versteht man die Übertragung eines [[Elektron]]s zwischen zwei räumlich getrennten Zentren aufgrund [[Quantenmechanik|quantenmechanischer]] Übergänge. Hierbei handelt es sich um einen zentralen Prozess der Energieübertragung auf mikroskopischer Skala, der relevant ist für die Chemie (Bindung und Anregung in molekularen Systemen), darauf aufbauend für die Biologie sowie für die Physik und darauf aufbauend in technologisch relevanten Prozessen der Materialwissenschaften (z. B. Halbleiterindustrie). Je nach Fachrichtung sind mit dem Begriff ''Elektronentransfer'' weitere Aspekte verwandt.

In der [[Chemie]] spricht man von '''Elektronentransferreaktion''' (auch '''Elektronenübergangsreaktion''') als Reaktion auf den Elektronentransfer, also eher den makroskopisch fassbaren Anfangs- und Endzustand (und schließt so beispielsweise jegliche Annäherung, z. B. [[Diffusion]], der Zentren mit ein).

In der [[Biologie]] hat das Zusammenspiel von Elektronentransfer und der heterogenen molekularen Umgebung Bedeutung für die komplexen Prozesse in biologischen Abläufen und wird dort als die [[Elektronentransportkette]] zusammengefasst.

Auch in elektronischen Bauelementen spielt der quantenmechanische Elektronentransfer auf mikroskopischer Skala eine zentrale Rolle. Jedoch spielen spezifische quantenmechanische Effekte aufgrund der Größe von Bauelementen und der Anzahl involvierter Elektronen und Atomen i. Allg. keine Rolle und man spricht von [[Elektronentransport]] bzw. vom makroskopisch messbaren Strom. Sobald aber eine [[Grenzfläche]] involviert ist, treten mikroskopische Prozesse auf, die durch die [[Kondensierte Materie|Festkörperphysik]] beschrieben werden und z. B. in der [[Halbleitertechnik]] oder [[Photovoltaik]] bedeutend sind.

== Klassifikationen (Chemie) ==
Man unterscheidet den ''[[Homogenität (Physik)|homogen]]en'' vom ''[[heterogen]]en'' Elektronentransfer. Ersterer identifiziert den Austausch innerhalb zweier chemischer [[Spezies (Chemie)|Spezies]] (beispielsweise zweier [[Molekül]]e). Beim heterogenen Elektronentransfer wird das Elektron zwischen einer [[Elektrode]] und einer chemischen Spezies ausgetauscht. Der [[Elektronendonator]] (kurz ''Donor'') gibt hierbei ein Elektron an den so genannten [[Elektronenakzeptor|Akzeptor]] ab.

Befinden sich Donor und Akzeptor innerhalb einer chemischen Spezies, so spricht man von einem ''[[Intramolekularer Elektronentransfer|intramolekularen Elektronentransfer]]''. Wird jedoch ein Elektron zwischen zwei Spezies ausgetauscht, so nennt man diese Form den ''intermolekularen'' Elektronentransfer.

Stellt der Elektronentransfer den chemischen Mechanismus, so ist das [[Redoxreaktion|Redoxverhalten]] der Spezies Konsequenz desselben. Der Elektronendonor wird im Moment des Elektronentransfers oxidiert (erhöht also seine [[Oxidationszahl]]), während der Akzeptor reduziert wird (also seine Oxidationszahl verringert).

== Physikalische Chemie des Elektronentransfers ==
[[Kinetik (Chemie)|Kinetische]] Theorien, wie beispielsweise die [[Marcus-Theorie]], versuchen die Geschwindigkeit von Elektronentransferreaktionen als Konsequenz [[Thermodynamik|thermodynamischer]] Zustandsfunktionen zu verstehen. Quantitative Prognosen sind mittels der heute bekannten Modelle nur in seltenen Fällen möglich. Erschwert wird die Beschreibung durch die enorme Anzahl schlecht messbarer Größen einerseits und die Komplexität des äußerlich einfach erscheinenden Mechanismus andererseits. Modernere Modelle versuchen eine konsequente Einbindung des [[Diffusion]]sprozesses in Theorien des Elementarprozesses. Von Bedeutung sind hier die [[Kramer-Theorie]]n und [[Encounter-Theorie]]n.

Experimentelle Methoden zur Untersuchung des Elektronentransfers sind vor allem [[Magnetresonanz]]-Methoden (z. B. [[Elektronenspinresonanz]]), [[Relaxationsmethode]]n (z. B. [[Laserspektroskopie]]) und auch elektrochemische Verfahren (oft in Kombination mit den anderen erwähnten Verfahren).

== Literatur ==
*{{Literatur|Autor=[[Norman N. Greenwood]], [[Alan Earnshaw]]|Titel=Chemistry of the elements|Verlag=Butterworth-Heinemann|Ort=Oxford|Auflage=2.|ISBN=0-7506-3365-4|Jahr=1997}}
*{{Holleman-Wiberg|Auflage=102|Startseite=1394|Endseite=1398}}
*{{Literatur|Autor=D. N. Beratan, J. N. Betts, J. N. Onuchic|Titel=Protein electron transfer rates set by the bridging secondary and tertiary structure|Sammelwerk=Science|Band=252|Nummer=5010|Jahr=1991|Seiten=1285–1288|DOI=10.1126/science.1656523}}
*{{Literatur|Autor=Susan B. Piepho, Elmars R. Krausz, P. N. Schatz|Titel=Vibronic coupling model for calculation of mixed valence absorption profiles|Sammelwerk=J. Am. Chem. Soc.|Band=100|Nummer=10|Jahr=1978|Seiten=2996–3005|DOI=10.1021/ja00478a011}}

[[Kategorie:Chemische Reaktion]]
[[Kategorie:Kinetik (Chemie)]]

[[zh:電子轉移]]

Elektronentransfer - Versionsgeschichte

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