انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

يشير مصطلح "المجال الخارجي " إلى عملية نقل الإلكترون التي تحدث بين جزيئات كيميائية تبقى منفصلة وسليمة قبل وأثناء وبعد عملية نقل الإلكترون. [ 1 ] في المقابل، في عملية نقل الإلكترون في المجال الداخلي، تتصل مواقع الأكسدة والاختزال المشاركة في عملية نقل الإلكترون بجسر كيميائي . ولأن عملية نقل الإلكترون في المجال الخارجي تحدث بين جزيئين غير متصلين، يُجبر الإلكترون على الانتقال عبر الفراغ من مركز أكسدة واختزال إلى آخر.

نظرية ماركوس

طُوِّرت النظرية الرئيسية التي تصف معدلات انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي بواسطة رودولف أ. ماركوس في خمسينيات القرن العشرين، والتي نال عنها جائزة نوبل في الكيمياء عام ١٩٩٢. [ ٢ ] يتمثل أحد الجوانب الرئيسية لنظرية ماركوس في اعتماد معدل انتقال الإلكترون على القوة الدافعة الديناميكية الحرارية (الفرق في جهود الأكسدة والاختزال لمواقع تبادل الإلكترونات). في معظم التفاعلات، تزداد المعدلات مع زيادة القوة الدافعة. جانب آخر هو أن معدل انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي يعتمد عكسيًا على "طاقة إعادة التنظيم". تصف طاقة إعادة التنظيم التغيرات في أطوال الروابط والزوايا اللازمة لتبادل المؤكسد والمختزل لحالات أكسدتهما . تُقاس هذه الطاقة من خلال قياس معدلات التبادل الذاتي (انظر أدناه).

يُعدّ انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي النوع الأكثر شيوعًا لانتقال الإلكترون، لا سيما في الكيمياء الحيوية ، حيث تفصل البروتينات مراكز الأكسدة والاختزال بمسافات تصل إلى 11 أنغستروم . يوجد في الكيمياء الحيوية نوعان رئيسيان من انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي: انتقال الإلكترون بين جزيئين بيولوجيين منفصلين، أو انتقال الإلكترون بمسافة ثابتة، حيث ينتقل الإلكترون داخل جزيء بيولوجي واحد (مثلًا، داخل البروتين). [ 3 ]

أمثلة

التبادل الذاتي

يمكن أن يحدث انتقال الإلكترونات في الغلاف الخارجي بين أنواع كيميائية متطابقة باستثناء حالة أكسدتها . [ 4 ] تُسمى هذه العملية بالتبادل الذاتي. ومن الأمثلة على ذلك التفاعل المتماثل بين أيوني البرمنجنات والمنجنيتات رباعيي السطوح .

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

بالنسبة للمركبات المعدنية ثمانية السطوح ، يرتبط ثابت معدل تفاعلات التبادل الذاتي بالتغيرات في عدد الإلكترونات في مدارات e g ، والتي يؤثر عددها بشكل كبير على طول روابط المعدن-الرابطة:

  • بالنسبة للزوج [Co( bipy ) 3 ] + / [ Co(bipy) 3 ] 2+ ، يحدث التبادل الذاتي بمعدل 109 مول⁻¹ ثانية⁻¹ . في هذه الحالة، يتغير التوزيع الإلكتروني من Co(I): (t2g ) 6 ( eg ) 2 إلى Co(II): ( t2g ) 5 ( eg ) 2 .
  • بالنسبة للزوج [Co(bipy) 3 ] 2+ /[Co(bipy) 3 ] 3+ ، يحدث التبادل الذاتي بمعدل 18 M −1 s −1 . في هذه الحالة، يتغير التوزيع الإلكتروني من Co(II): (t2g ) 5 ( eg ) 2 إلى Co(III): ( t2g ) 6 ( eg ) 0 .

بروتينات الحديد والكبريت

يُعدّ نقل الإلكترون في الغلاف الخارجي أساس الوظيفة البيولوجية لبروتينات الحديد والكبريت . وعادةً ما ترتبط مراكز الحديد بروابط سيستئينية . ويمكن تقسيم بروتينات نقل الإلكترون [Fe₄S₄] (الفيريدوكسينات [Fe₄S₄ ] ) إلى فيريدوكسينات ذات جهد منخفض (من النوع البكتيري) وفيريدوكسينات ذات جهد عالٍ (HiPIP) . وترتبط الفيريدوكسينات ذات الجهد المنخفض والعالي وفقًا لمخطط الأكسدة والاختزال التالي :

بسبب الاختلافات الهيكلية الصغيرة بين حالات الأكسدة والاختزال الفردية، فإن نقل الإلكترون سريع بين هذه المجموعات.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ مقال: انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي ، من كتاب الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) الذهبي ]
  2. ↑ "جائزة نوبل في الكيمياء 1992" . NobelPrize.org . 1992. تاريخ الاسترجاع: 2024-09-02 .
  3. ↑ إس جيه ليبارد، جيه إم بيرج، "مبادئ الكيمياء الحيوية غير العضوية"، منشورات جامعة العلوم: ميل فالي، كاليفورنيا؛ 1994، رقم ISBN 0-935702-73-3
  4. ↑ آر جي ويلكنز، حركية وآلية تفاعلات معقدات الفلزات الانتقالية، الطبعة الثانية، دار نشر VCH، فاينهايم، 1991. ISBN 1-56081-125-0