Hva er elektronisk tetthet?



den elektronisk tetthet det er et mål på hvor sannsynlig det er å finne elektronen i et gitt område i rommet; enten rundt en atomkjerne, eller i "nabolagene" innenfor molekylære strukturer.

En høyere konsentrasjon av elektroner ved et gitt punkt, jo høyere elektrontetthet, og derfor skilles fra sine omgivelser og vil framvise visse egenskaper som forklarer kjemisk reaktivitet. En grafisk og utmerket måte å representere et slikt konsept på er gjennom elektrostatisk potensial kart.

For eksempel er strukturen av S-karnitin-enantiomeren med det tilsvarende elektrostatiske potensielle kartet vist i det øvre bildet. En skala som er sammensatt av regnbuens farger, kan observeres: rød for å indikere regionen med større elektronisk tetthet, og blå for den regionen som er dårlig i elektroner.

Da molekylet krysses fra venstre til høyre, beveger vi oss bort fra gruppen -CO2- mot skjelettet CH2-CHOH-CH2, hvor fargene er gule og grønne, noe som indikerer en nedgang i elektronisk tetthet; til gruppen -N (CH3)3+, den fattigste elektronregionen, blå.

Generelt er områdene der den elektroniske tettheten er lav (de gule og grønne farger) minst reaktive i et molekyl.

index

  • 1 konsept
  • 2 Elektrostatisk potensiell kart
    • 2.1 Sammenligning av farger
    • 2.2 Kjemisk reaktivitet
  • 3 Elektronisk tetthet i atom
  • 4 referanser

konsept

Mer enn kjemi er elektronisk tetthet fysisk i naturen, fordi elektroner ikke forblir statiske, men reiser fra en side til en annen, skaper elektriske felt.

Og variasjonen av disse feltene oppstår forskjellene i de elektroniske tettheter i overflatene av van der Waals (alle de overflater av kuler).

Strukturen av S-carnitin er representert ved en modell av kuler og stenger, men hvis det var ved deres van der Waals overflate, forsvinner barer og observere bare ett sett deigete kuler (med de samme farger).

Elektroner vil være mer tilbøyelige til å prowl rundt de mer elektronegative atomer; Det kan imidlertid være mer enn ett elektronegativt atom i molekylstrukturen, og derfor er atomer av atomer som også utøver sin egen induktive effekt.

Dette betyr at det elektriske feltet varierer mer enn det man kan forutse ved å observere et molekyl i kråket; det vil si at det kan være mer eller mindre polarisasjon av negative ladninger eller elektronisk tetthet.

Dette kan også forklares som følger: Fordelingen av avgifter blir mer homogen.

Elektrostatisk potensiell kart

For eksempel tiltrekker -OH-gruppen for å ha et oksygenatom elektrondensiteten til dets nærliggende atomer; Men i S-karnitinen gir den en del av dens elektroniske tetthet til gruppen -CO2-, mens de samtidig forlater gruppen -N (CH3)3+ med større elektronisk mangel.

Legg merke til at det kan være svært komplisert å konkludere hvordan de induktive effektene virker i et komplekst molekyl, for eksempel et protein.

For å få oversikt over slike forskjeller i de elektriske feltene i strukturen, benyttes beregningsberegning av elektrostatiske potensielle kart.

Disse beregningene består av å plassere en positiv punktladning og bevege den langs molekylets overflate; hvor det er mindre elektronisk tetthet, vil det være elektrostatisk avstøtning, og jo høyere avstøtelse, jo mer intens vil den blå fargen være.

Der den elektroniske tettheten er større, vil det være en sterk elektrostatisk tiltrekning, representert ved den røde fargen.

Beregningene tar hensyn til alle de strukturelle aspektene, dipolmomentene til koblingene, de induktive effekter som er forårsaket av alle de høyt elektronegative atomer, etc. Og som et resultat får du de fargerike flater og visuell appell.

Sammenligning av farger

Ovenfor er det elektrostatiske potensielle kartet for et benzenmolekyl. Legg merke til at i midten av ringen ikke er større elektrontetthet, mens deres "poeng" er av en blåaktig farge, jo mindre elektronegative hydrogenatomer. Også denne fordeling av kostnader skyldes den aromatiske karakteren av benzen.

På dette kartet er også de grønne og gule farger observert, som indikerer tilnærmingene til de fattige og elektronrike områdene.

Disse fargene har sin egen skala, forskjellig fra S-karnitin; og derfor er det feil å sammenligne -CO-gruppen2- og midten av den aromatiske ringen, begge representert av den røde fargen på kartene sine.

Hvis begge hadde samme fargeskala, ville det vise at den røde fargen på bensinkartet vendte seg fra en svak oransje. Under denne standardiseringen kan de elektrostatiske potensielle kartene sammenlignes, og dermed de elektroniske tettheter av flere molekyler.

Hvis ikke, ville kartet bare tjene til å vite ladningsfordelingen for et enkelt molekyl.

Kjemisk reaktivitet

Observere et elektrostatisk potensial over, og således områdene med høy og lav elektrontetthet, kan forutsies (men ikke i alle tilfeller) forekomme hvor kjemiske reaksjoner i molekylstrukturen.

Regioner med høy elektrondensitet kan "gi" sine elektroner til omgivende arter som krever eller trenger dem; til disse artene, negativt ladet, E+, de er kjent som elektrofiler.

Derfor kan elektrofile reagere med gruppene representert ved den røde farge (-CO-gruppen)2- og sentrum av benzenringen).

Mens regioner med lavt elektrondensitet reagerer de med negativt ladede arter, eller med de som har elektronfrie par å dele; sistnevnte er kjent som nukleofiler.

I tilfelle av gruppen -N (CH3)3+, det vil reagere på en slik måte at nitrogenatomet får elektroner (reduseres).

Elektronisk tetthet i atom

I atomen beveger elektronene seg med enorme hastigheter og kan ligge i flere områder av rommet samtidig.

Men når avstanden til kjernen øker, får elektronene elektronisk potensiell energi og den probabilistiske fordeling av dem reduseres.

Dette betyr at de elektroniske skyene til et atom ikke har en definert grense, men sløret. Derfor er det ikke lett å beregne atomradiusen; med mindre det er naboer som etablerer en forskjell i avstandene til deres kjerner, hvis halvdel kan tas som atomradius (r = d / 2).

Atomorbitaler, og deres funksjoner av radiale og vinkelbølger, demonstrerer hvordan den elektroniske tettheten er modifisert avhengig av avstanden som skiller dem fra kjernen.

referanser

  1. Reed College. (N.d.). Hva er elektrondensitet? ROCO. Hentet fra: reed.edu
  2. Wikipedia. (2018). Elektrondensitet. Hentet fra: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. juni 2014). Elektrondensitet Definisjon. Hentet fra: thoughtco.com
  4. Steven A. Hardinger. (2017). Illustrert ordliste for organisk kjemi: Elektrontetthet. Hentet fra: chem.ucla.edu
  5. Kjemi LibreTexts. (29. november 2018). Atomiske størrelser og elektrondensitetsfordeler. Hentet fra: chem.libretexts.org
  6. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kjemi. Aminer. (10th utgaven.). Wiley Plus.
  7. Carey F. (2008). Organisk kjemi (Sjette utgave). Mc Graw Hill.