Što je elektronička gustoća?



elektronska gustoća to je mjera koliko je vjerojatno da će se pronaći elektron u danoj regiji prostora; ili oko atomske jezgre, ili u "susjedstvu" unutar molekularnih struktura.

Što je veća koncentracija elektrona u određenoj točki, to je veća gustoća elektrona i stoga će se razlikovati od okoline i pokazivati ​​određene karakteristike koje objašnjavaju kemijsku reaktivnost. Grafički i odličan način predstavljanja takvog koncepta je kroz karta elektrostatičkih potencijala.

Na primjer, struktura enantiomera S-karnitina s odgovarajućom mapom elektrostatskog potencijala prikazana je na gornjoj slici. Može se promatrati skala sastavljena od boja duge: crvena za označavanje područja veće elektroničke gustoće, a plava za područje slabo elektrone.

Kako se molekula prelazi s lijeva na desno, udaljavamo se od skupine -CO2- prema kosturu CH2-CHOH-CH2, gdje su boje žute i zelene, što ukazuje na smanjenje elektronske gustoće; u skupinu -N (CH3)3+, najsiromašnija elektronska regija, plava.

Općenito, regije u kojima je elektronička gustoća niska (žute i zelene boje) su najmanje reaktivne u molekuli.

indeks

  • 1 Koncept
  • 2 Karta elektrostatičkih potencijala
    • 2.1 Usporedba boja
    • 2.2 Kemijska reaktivnost
  • 3 Elektronska gustoća atoma
  • 4 Reference

koncept

Više od kemije, elektronska gustoća je fizička po prirodi, jer elektroni ne ostaju statični, već putuju s jedne strane na drugu stvarajući električna polja.

I varijacija ovih polja potiče razlike u elektronskim gustoćama na površinama van der Waalsa (sve te površine sfera)..

Struktura S-karnitina predstavljena je modelom sfera i šipki, ali da je bila za njegovu van der Waalsovu površinu, rešetke bi nestale i uočile bi se samo matirane sfere (s istim bojama)..

Vjerojatnije je da će elektroni kružiti oko više elektronegativnih atoma; međutim, u molekularnoj strukturi može postojati više od jednog elektronegativnog atoma, a time i skupina atoma koji također imaju vlastiti induktivni učinak.

To znači da se električno polje mijenja više nego što se može predvidjeti promatranjem molekule zračne linije; to jest, može postojati više ili manje polarizacije negativnih naboja ili elektronske gustoće.

To se također može objasniti na sljedeći način: raspodjela naboja postaje više homogena.

Karta elektrostatskih potencijala

Na primjer, skupina -OH koja ima atom kisika privlači elektronsku gustoću susjednih atoma; međutim, u S-karnitinu daje dio svoje elektroničke gustoće skupini -CO2-, dok u isto vrijeme napušta skupinu -N (CH3)3+ s većim nedostatkom elektronike.

Primijetite da može biti vrlo komplicirano zaključiti kako induktivni učinci djeluju u složenoj molekuli, kao što je protein.

Da bi se dobio pregled takvih razlika u električnim poljima u konstrukciji, koristi se računski proračun karata elektrostatičkih potencijala.

Ovi izračuni sastoje se od stavljanja pozitivnog točkastog naboja i njegovog pomicanja duž površine molekule; tamo gdje je manje elektronske gustoće, doći će do elektrostatičkog odbijanja, i što je veća odbojnost, to će plava boja biti intenzivnija.

Tamo gdje je elektronska gustoća veća, pojavit će se jaka elektrostatička privlačnost, predstavljena crvenom bojom.

Proračunima se uzimaju u obzir svi strukturni aspekti, dipolni momenti karika, induktivni učinci svih visoko elektronegativnih atoma itd. I kao rezultat toga, dobivate te šarene površine i vizualnu privlačnost.

Usporedba boja

Iznad je karta elektrostatskog potencijala za molekulu benzena. Treba primijetiti da u središtu prstena postoji veća gustoća elektrona, dok su njezine "točke" plavkaste boje zbog manje elektronegativnih vodikovih atoma. Također, ova raspodjela naboja je posljedica aromatskog karaktera benzena.

Na ovoj karti su također zabilježene zelene i žute boje, što ukazuje na aproksimacije područja siromašnih i elektrona.

Te boje imaju svoju skalu, različitu od one S-karnitina; i stoga je pogrešno usporediti -CO grupu2- i središte aromatskog prstena, oba prikazana crvenom bojom na njihovim kartama.

Ako bi obje zadržale istu ljestvicu boja, pokazalo bi se da se crvena boja na benzenskoj karti promijenila od blijedo narančaste. Pod ovom standardizacijom, karte elektrostatskih potencijala mogu se uspoređivati, a time i elektroničke gustoće nekoliko molekula.

Ako ne, karta bi služila samo za poznavanje raspodjele naboja za pojedinačnu molekulu.

Kemijska reaktivnost

Promatrajući kartu elektrostatičkog potencijala, a time i područja s visokim i niskim elektronskim gustoćama, može se predvidjeti (iako ne u svim slučajevima) gdje će se kemijske reakcije pojaviti u molekularnoj strukturi.

Regije s visokom elektronskom gustoćom mogu "osigurati" svoje elektrone okolnim vrstama koje ih zahtijevaju ili ih trebaju; ovim vrstama, negativno nabijenim, E+, poznati su kao elektrofili.

Stoga, elektrofili mogu reagirati sa skupinama koje su predstavljene crvenom bojom (-CO grupa)2- i središte benzenskog prstena).

Dok regije s niskom elektronskom gustoćom reagiraju s negativno nabijenim vrstama, ili s onima koje imaju parove bez elektrona; potonji su poznati kao nukleofili.

U slučaju skupine -N (CH3)3+, reagirat će na takav način da atom dušika dobiva elektrone (smanjuje se).

Elektronska gustoća atoma

U atomu se elektroni kreću u ogromnim brzinama i mogu biti u nekoliko područja prostora u isto vrijeme.

Međutim, kako se udaljenost jezgre povećava, elektroni stječu elektroničku potencijalnu energiju i vjerojatnosna raspodjela njih se smanjuje.

To znači da elektronski oblaci atoma nemaju definiranu granicu, već su mutni. Stoga nije lako izračunati atomski radijus; osim ako postoje susjedi koji uspostavljaju razliku u udaljenostima svojih jezgri, čija se polovica može uzeti kao atomski polumjer (r = d / 2).

Atomske orbitale i njihove funkcije radijalnih i kutnih valova pokazuju kako se elektronska gustoća mijenja ovisno o udaljenosti koja ih razdvaja od jezgre..

reference

  1. Reed College. (N. D.). Što je gustoća elektrona? Roco. Dobavljeno iz: reed.edu
  2. Wikipedia. (2018.). Gustoća elektrona. Preuzeto s: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. lipnja 2014.) Definicija gustoće elektrona. Preuzeto s: thoughtco.com
  4. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrirani rječnik pojma organske kemije: Gustoća elektrona. Preuzeto s: chem.ucla.edu
  5. Kemija LibreTexts. (29. studenog 2018.) Atomske veličine i distribucije elektronske gustoće. Preuzeto s: chem.libretexts.org
  6. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organska kemija. Amini. (10th izdanje.). Wiley Plus.
  7. Carey F. (2008). Organska kemija (Šesto izdanje). Mc Graw Hill.