Акцептор електрона

Акцептор електрона (акцептор електронів, електронний акцептор, акцептор) — хімічна сполука, група або атом, яка приймає електрон від іншої сполуки, групи, атому або кристалу.

У хімії

Цей термін використовується при переносі електрона (тобто, окислювально-відновлювальних реакціях). В процесі реакції акцептор електрона відновлюється, а інший реагент (донор електрона) окислюється.

Кінцевий акцептор електрона — сполука, яка отримує або приймає електрон на кінцевій стадії клітинного дихання або фотосинтезу. Всі організми отримують енергію, переміщаючи електрони від донора електрона до акцептора електрона. Процес починається з передачі електрона від електронного донора. Протягом цього процесу (електронний транспортний ланцюжок) акцептор електрону відновлюється, а донор електрону окислюється. Приклади акцепторів електрону включають кисень, нітрат, залізо (III), марганець (IV), сульфат, вуглекислоту, або в деяких мікроорганізмах хлорировані розчинники, наприклад тетрахлороетилен (PCE), трихлоретилен (TCE), дихлоретилен (DCE), і вініл-хлорид (VC). Ці реакції представляють інтерес не тільки тому що вони дозволяють організмам отримувати енергію, але також і тому що вони беруть участь у природному біологічному роспаді органічних забруднювачів.

У фізиці твердого тіла

Схематичне зображення кремнію із донорною домішкою бору

Цей термін також використовується у фізиці твердого тіла (напівпровідниковій техніці), звичайно як просто «акцептор», де акцептор — речовина, що має більше вакантних валентних зв'язків ніж іони кристалу. Ця речовина додається до напівпровідника у невеликій кількості та зв'язує один або більше електронів кристалу, створюючи дірки. Весь напівпровідник перетворюється таким чином на «напівпровідник p-типу».

Акцептори бувають однозарядними і багатозарядними. Наприклад, в кристалах з елементів IV групи періодичної системи елементів кремнію, германію, акцепторами є елементи III групи: алюміній, індій, галій. Оскільки елементи третьої групи мають валентність 3, то три електрони утворюють хімічний зв'язок з трьома сусідніми атомами кремнію в кристалічній ґратці, а електрона для утворення четвертого зв'язку бракує. Проте при ненульовій температурі з певною ймовірністю утворюється четвертий зв'язок. Електрон, який його утворює, має енергію на кілька міліелектрон-вольт вищу за енергію верху валентної зони. При цьому в валентній зоні утворюється так звана дірка, яка може вільно рухатися в кристалі, й таким чином давати вклад у електричний струм.

Здебільшого акцептор утворює так званий воднеподібний домішковий центр, енергію якого просто оцінити з розв'язку Рівняння Шредінгера для атома, беручи до уваги те, що дірка в кристалі — квазічастинка й відрізняється масою від вільного електрона, а також те, що дірка рухається не у вакуумі, а в середовищі з певною діелектричною проникністю. Такі акцептори називаються мілкими й утворюють воднеподібну серію рівнів із енергіями, які можна оцінити за формулою

$E_{a}=E_{V}+R{\frac {m_{h}^{*}}{m_{0}\varepsilon ^{2}}}{\frac {1}{n^{2}}}$

де $E_{a}$ - енергія акцепторного рівня, $E_{V}$ - енергія верха валентної зони, $m_{h}^{*}$ - ефективна маса дірки, $m_{0}$ - маса вільного електрона, $\varepsilon$ - діелектрична проникність напівпровідника, $R$ - стала Рідберга, $n$ - квантове число, яке пробігає цілі значення від одиниці до нескінченості (проте, найважливіші малі значення $n$).

Здебільшого ефективні маси дірок малі в порівнянні із масою вільного електрона. Крім того напівпровідники мають досить великі значення діелектричної проникності (порядку 10), тож енергія акцептора приблизно в 100-1000 разів менша за енергію електрона у атомі водню. Саме завдяки цій обставині акцепторні рівні мілкі. Зважаючи на цей факт хвильові функції мілких акцепторних рівнів простягаються на багато періодів кристалічної ґратки, маючи радіус набагато більший за радіус Бора.

Напівпровідник	Акцептор	$E_{a}-E_{V}$ (меВ)
GaAS	C	26
	Be	28
	Mg	28
	Si	35
Si	B	45
	Al	67
	Ga	72
	In	160
Ge	B	10
	Al	10
	Ga	11
	In	11

Дивись також

Донор електрона