Transfer elektron

Transfer elektron (TE) terjadi ketika elektron berpindah tempat dari suatu atom atau molekul ke atom atau molekul yang lain. TE adalah penjelasan mekanis reaksi redoks, yang melibatkan perubahan tingkat oksidasi pereaksi dan produknya. Tranfer elektron adalah ikatan ionik.

Sejumlah proses biologis melibatkan reaksi TE. Proses-proses ini antara lain pengikatan oksigen, fotosintesis, respirasi, dan detoksifikasi. Selain itu, proses transfer energi dapat dianggap sebagai pertukaran dua-elektron (kejadian dua TE yang bersamaan tetapi berlawanan arah) dengan syarat jarak yang pendek antar molekul yang terlibat. Reaksi TE umumnya melibatkan kompleks logam transisi,^[1]^[2] tetapi saat ini banyak contoh TE dalam bidang kimia organik.

Klasifikasi transfer elektron

Terdapat beberapa kelas transfer elektron, yang didefinisikan melalui keadaan dua pusat redoks beserta hubungan antar keduanya.

Transfer elektron terikat

Dalam transfer elektron terikat, dua pusat redoks berikatan kovalen selama proses TE. Jembatan ini bisa permanen, sehingga kejadian transfer elektron disebut transfer elektron intramolekul. Namun lebih umumnya, ikatan kovalen bersifat sementara, terbentuk sesaat sebelum TE dan kemudian terputus setelah TE selesai. Dalam kasus seperti ini, transfer elektronnya disebut transfer elektron intermolekul. Contoh proses ET elektron terikat yang berlangsung melalui jembatan sementara adalah reduksi [CoCl(NH₃)₅]²⁺ oleh [Cr(H₂O)₆]²⁺. Dalam kasus ini, ligan klorida adalah jembatan ligan yang berikatan kovalen dengan pasangan redoksnya.

Transfer elektron sferis luar

Dalam reaksi TE sferis luar, pusat redoks yang terlibat tidak berikatan melalui jembatan apapun selama TE berlangsung. Sebaliknya, elektron "melompat" melalui ruang dari pusat reduksi menuju akseptor. TE sferis luar dapat terjadi antara spesies kimia yang berbeda atau antara spesies kimia yang identik yang hanya berbeda tingkat oksidasinya. Proses yang terakhir disebut swapertukaran. Sebagai contoh, swapertukaran menjelaskan reaksi degenerasi antara permanganat dan bentuk tereduksinya manganat:

{\ce {[MnO4]- + [Mn*O4]^2- -> [MnO4]^2- + [Mn*O4]-}}

Secara umum, jika transfer elektron lebih cepat daripada substitusi ligan, reaksi akan mengikuti transfer elektron sferis luar.

Sering terjadi ketika salah satu atau kedua pereaksi bersifat lengai atau jika tidak ada jembatan ligan yang memadai.

Sebuah konsep utama yang dikenal sebagai teori Marcus menyebutkan bahwa laju reaksi swapertukaran semacam ini secara matematis berkaitan dengan laju "reaksi silang". Reaksi silang memerlukan pasangan yang berbeda tingkat oksidasinya. Salah satu contoh (dari ribuan contoh) adalah reduksi permanganat oleh iodida untuk membentuk iodin dan, lagi-lagi, manganat.

Lima tahap reaksi sferis luar

Pereaksi berdifusi bersama-sama keluar dari kelopak pelarutnya => kompleks prekursor (memerlukan kerja = w_r)
Perubahan panjang ikatan, pengaturan ulang pelarut => kompleks teraktivasi
Transfer elektron
Relaksasi panjang ikatan, molekul pelarut => kompleks pengganti
Difusi produk (memerlukan kerja=w_p)

Transfer elektron heterogen

Dalam transfer elektron heterogen, elektron bergerak antara suatu spesies kimia dan elektrode benda padat. Teori transfer elektron heterogen memiliki aplikasi dalam bidang elektrokimia dan perancangan sel surya.

Teori

Teori pertama TE yang dapat diterima dikembangkan oleh Rudolph A. Marcus untuk menjelaskan transfer elektron sferis luar dan berdasarkan pendekatan teori keadaan transisi. Teori transfer elektron Marcus kemudian diperluas untuk memasukkan transfer elektron terikat (transfer elektron sferis dalam) oleh Noel Hush dan Marcus. Teori yang dihasilkan, disebut teori Marcus-Hush, telah menjadi panduan sebagian besar diskusi transfer elektron hingga saat ini. Kedua teori ini termasuk semiklasik, meskipun mereka telah diperluas untuk memenuhi perlakuan mekanika kuantum oleh Joshua Jortner, Alexander M. Kuznetsov, dan lainnya yang melanjutkan aturan emas Fermi dan mengikuti penelitian sebelumnya dalam transisi non radiatif. Selanjutnya, telah ada teori-teori baru untuk memperhitungkan pengaruh kopling vibronik (atau kopling adiabatik) pada transfer elektron, terutama teori PKS pada transfer elektron.^[3]

Sebelum 1991, TE dalam metaloprotein dianggap mempengaruhi terutama difusi, rata-rata dari atom non-logam membentuk penghalang terisolasi antara logam, tetapi Beratan, Betts dan Onuchic^[4] kemudian menunjukkan bahwa laju TE diatur oleh struktur ikatan dari protein.

Lihat juga

Referensi

^ Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
^ Susan B. Piepho, Elmars R. Krausz, P. N. Schatz; J. Am. Chem. Soc., 1978, 100 (10), pp 2996–3005; Vibronic coupling model for calculation of mixed valence absorption profiles; DOI:10.1021/ja00478a011; Publication Date: May 1978
^ Beratan DN, Betts JN, Onuchic JN, Science 31 May 1991: Vol. 252 no. 5010 pp. 1285-1288; Protein electron transfer rates set by the bridging secondary and tertiary structure; DOI:10.1126/science.1656523; Publication Date: May 1991

[1] Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.

[2] Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.

[3] Susan B. Piepho, Elmars R. Krausz, P. N. Schatz; J. Am. Chem. Soc., 1978, 100 (10), pp 2996–3005; Vibronic coupling model for calculation of mixed valence absorption profiles; DOI:10.1021/ja00478a011; Publication Date: May 1978

[4] Beratan DN, Betts JN, Onuchic JN, Science 31 May 1991: Vol. 252 no. 5010 pp. 1285-1288; Protein electron transfer rates set by the bridging secondary and tertiary structure; DOI:10.1126/science.1656523; Publication Date: May 1991

[1]

[2]

[3]

[4]