انتقال الإلكترون

في عملية نقل الإلكترون داخل الجزيء، يرتبط مركزان للأكسدة والاختزال برابطة تساهمية أثناء عملية نقل الإلكترون. قد تكون هذه الرابطة دائمة، وفي هذه الحالة تُسمى عملية نقل الإلكترون بنقل الإلكترون داخل الجزيء. ولكن في أغلب الأحيان، تكون الرابطة التساهمية عابرة، إذ تتشكل قبيل عملية نقل الإلكترون ثم تنفصل بعدها. في هذه الحالة، تُسمى عملية نقل الإلكترون بنقل الإلكترون بين الجزيئات. ومن الأمثلة الشهيرة على عملية نقل الإلكترون داخل الجزيء التي تتم عبر وسيط جسري عابر، اختزال [CoCl(NH₃ ₎ ₅ _] ²⁺ ^بواسطة [Cr(H₂O ₎ ₆ _] ²⁺ ^. [ ^{5 ] [ 6 ] في} هذه الحالة، يُعدّ ربيطة الكلوريد هي الربيطة الجسرية التي تربط شريكي الأكسدة والاختزال برابطة تساهمية. ^{[ 7 ]}

في تفاعلات نقل الإلكترون في الغلاف الخارجي، لا ترتبط مراكز الأكسدة والاختزال المشاركة بأي جسر أثناء عملية نقل الإلكترون. بدلاً من ذلك، ينتقل الإلكترون عبر الفضاء من المركز المختزل إلى المستقبل. يمكن أن يحدث نقل الإلكترون في الغلاف الخارجي بين أنواع كيميائية مختلفة أو بين أنواع كيميائية متطابقة تختلف فقط في حالة أكسدتها. تُسمى العملية الأخيرة بالتبادل الذاتي. على سبيل المثال، يصف التبادل الذاتي التفاعل المتماثل بين برمنجنات البوتاسيوم ونظيره المختزل بإلكترون واحد، وهو المنجنات .

[MnO ₄ ] ⁻ + [Mn*O ₄ ] ²⁻ → [MnO ₄ ] ²⁻ + [Mn*O ₄ ] ⁻

بشكل عام، إذا كان انتقال الإلكترون أسرع من استبدال الربيطة، فإن التفاعل سيتبع مسار انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي.

غالباً ما تحدث تفاعلات نقل الإلكترون في الغلاف الخارجي عندما يكون أحد المتفاعلين أو كلاهما خاملاً أو إذا لم يكن هناك رابط جسري مناسب.

من المفاهيم الأساسية لنظرية ماركوس ^{[ 8 ]} أن معدلات تفاعلات التبادل الذاتي هذه ترتبط رياضياً بمعدلات "التفاعلات المتبادلة". تتضمن التفاعلات المتبادلة مركبات تختلف بأكثر من مجرد حالات أكسدتها. ومن الأمثلة على ذلك (من بين آلاف الأمثلة) اختزال برمنجنات البوتاسيوم بواسطة اليوديد لتكوين اليود والمنجنيتات.

في عملية نقل الإلكترون غير المتجانسة، ينتقل الإلكترون بين نوع كيميائي موجود في المحلول وسطح مادة صلبة مثل مادة شبه موصلة أو قطب كهربائي . وتُستخدم النظريات التي تتناول نقل الإلكترون غير المتجانس في الكيمياء الكهربائية وتصميم الخلايا الشمسية .

في البروتينات تحديدًا، غالبًا ما يتضمن نقل الإلكترون انتقال الإلكترون من مركز نشط للأكسدة والاختزال إلى آخر. مسار الانتقال، الذي يُمكن اعتباره ناقلًا ، يُوجه ويُسهل نقل الإلكترون داخل مصفوفة عازلة . من مراكز الأكسدة والاختزال النموذجية تجمعات الحديد والكبريت ، مثل الفيريدوكسينات 4Fe-4S . عادةً ما تفصل بين هذه المواقع مسافة 7-10 أنغستروم، وهي مسافة تتوافق مع نقل الإلكترون السريع في الغلاف الخارجي. وقد وُجد أن مصفوفة بروتين نقل الإلكترون بلاستوسيانين (الخالي من أيون النحاس المؤكسد والمختزل ) كافية لدعم نقل الشحنة مع شريكه المؤكسد والمختزل ، النظام الضوئي الأول . ^{[ 9 ]}