Kaj je elektronska gostota?



The elektronska gostota je merilo, kako verjetno je najti elektron v danem območju prostora; bodisi okoli atomskega jedra bodisi v "soseskah" znotraj molekularnih struktur.

Višja kot je koncentracija elektronov na določeni točki, večja je elektronska gostota, zato se bo razlikovala od okolice in bo imela določene značilnosti, ki pojasnjujejo kemijsko reaktivnost. Grafični in odličen način predstavljanja takega koncepta je skozi karta elektrostatičnih potencialov.

Na primer, struktura S-karnitinskega enantiomera z ustrezno elektrostatično karto potenciala je prikazana na zgornji sliki. Opazimo lahko lestvico, ki jo sestavljajo barve mavrice: rdeča, ki označuje območje večje elektronske gostote, in modro za območje, ki je slabo v elektronih.

Ko se molekula prečka od leve proti desni, se odmaknemo od skupine -CO2- proti skeletu CH2-CHOH-CH2, kjer so barve rumene in zelene, kar kaže na zmanjšanje elektronske gostote; za skupino -N (CH3)3+, najrevnejša elektronska regija, modra.

Na splošno so regije, kjer je elektronska gostota nizka (rumene in zelene barve), v molekuli najmanj reaktivne.

Indeks

  • 1 Koncept
  • 2 Karta elektrostatičnih potencialov
    • 2.1 Primerjava barv
    • 2.2 Kemijska reaktivnost
  • 3 Elektronska gostota atoma
  • 4 Reference

Koncept

Elektronska gostota je bolj kot kemija fizična narava, ker elektroni ne ostanejo statični, ampak potujejo od ene strani do druge in ustvarjajo električna polja..

Spreminjanje teh polj pa povzroča razlike v elektronskih gostotah na površinah van der Waalsa (vse tiste površine kroglic)..

Struktura S-karnitina je predstavljena z modelom kroglic in palic, če pa bi bila njena van der Waalsova površina, bi palice izginile in opazovali bi le matiran sklop kroglic (z enakimi barvami)..

Bolj verjetno je, da bodo elektroni krožili okoli več elektronegativnih atomov; v molekulski strukturi lahko obstaja več kot en elektronegativni atom in zato skupine atomov, ki prav tako izvajajo svoj induktivni učinek.

To pomeni, da se električno polje spreminja več, kot je mogoče predvideti z opazovanjem molekule v zračni črti; to pomeni, da lahko obstaja več ali manj polarizacije negativnih nabojev ali elektronske gostote.

To lahko pojasnimo tudi takole: porazdelitev nabojev postane bolj homogena.

Karta elektrostatičnih potencialov

Na primer, skupina -OH, ki ima atom kisika, privlači elektronsko gostoto sosednjih atomov; v S-karnitinu pa del svoje elektronske gostote daje skupini -CO2-, hkrati pa zapusti skupino -N (CH3)3+ z večjo elektronsko pomanjkljivostjo.

Upoštevajte, da je lahko zelo zapleteno sklepati, kako induktivni učinki delujejo v kompleksni molekuli, kot je beljakovina.

Za pregled teh razlik v električnih poljih v konstrukciji se uporablja računski izračun kart elektrostatičnih potencialov.

Ti izračuni so sestavljeni iz postavljanja pozitivnega točkovnega naboja in njegovega premikanja po površini molekule; kjer je elektronska gostota manjša, bo prišlo do elektrostatičnega odbijanja in višje bo odbijanje, močnejša bo modra barva.

Kjer je elektronska gostota večja, bo močna elektrostatična privlačnost, ki jo predstavlja rdeča barva.

Izračuni upoštevajo vse strukturne vidike, dipolne momente vezi, induktivne učinke, ki jih povzročajo vsi visoko elektronegativni atomi itd. In kot rezultat, boste dobili tiste pisane površine in vizualno privlačnost.

Primerjava barv

Zgoraj je karta elektrostatičnih potencialov za molekulo benzena. Upoštevajte, da je v središču obroča večja elektronska gostota, njene "točke" pa so modrikaste barve zaradi manj elektronegativnih atomov vodika. Tudi ta porazdelitev nabojev je posledica aromatskega značaja benzena.

V tem zemljevidu so opazne tudi zelene in rumene barve, kar kaže na približke revnim regijam, bogatim z elektroni.

Te barve imajo svojo lestvico, ki se razlikuje od barve S-karnitina; zato je napačno primerjati skupino -CO2- in središče aromatskega obroča, obe predstavljeni z rdečo barvo na svojih zemljevidih.

Če bi oba ohranila isto barvno lestvico, bi pokazala, da se je rdeča barva na benzenski karti spremenila iz rahlo oranžne barve. Pri tej standardizaciji lahko primerjamo karte elektrostatičnih potencialov in s tem elektronske gostote več molekul.

Če ne, bo karta poznala samo porazdelitev nabojev za posamezno molekulo.

Kemična reaktivnost

Z opazovanjem zemljevida elektrostatičnega potenciala in s tem območij z visokimi in nizkimi elektronskimi gostotami je mogoče predvideti (čeprav ne v vseh primerih), kjer se bodo kemijske reakcije pojavile v molekulski strukturi..

Regije z visoko elektronsko gostoto lahko "zagotovijo" svoje elektrone okoliškim vrstam, ki jih zahtevajo ali potrebujejo; za te vrste, negativno nabite, E+, znani so kot elektrofili.

Zato lahko elektrofili reagirajo s skupinami, ki jih predstavlja rdeča barva (skupina -CO).2- in središče benzenskega obroča).

Medtem ko regije z nizko elektronsko gostoto reagirajo z negativno nabitimi vrstami ali s tistimi, ki imajo pare brez elektronov; slednji so znani kot nukleofili.

V primeru skupine -N (CH3)3+, reagiral bo tako, da atom dušika dobi elektrone (zmanjša se).

Elektronska gostota atoma

V atomu se elektroni premikajo z ogromnimi hitrostmi in so lahko v več območjih prostora hkrati.

Ko pa se razdalja jedra povečuje, elektroni pridobivajo elektronsko potencialno energijo in verjetnostna porazdelitev se zmanjšuje.

To pomeni, da elektronski oblaki atoma nimajo opredeljene meje, ampak so zabrisani. Zato ni enostavno izračunati atomskega polmera; razen, če obstajajo sosede, ki določajo razliko v razdaljah svojih jeder, katerih polovico lahko vzamemo kot atomski polmer (r = d / 2).

Atomske orbitale in njihove funkcije radialnih in kotnih valov kažejo, kako se spreminja elektronska gostota, odvisno od razdalje, ki jih ločuje od jedra..

Reference

  1. Reed College. (s.f.). Kaj je elektronska gostota? ROCO Vzpostavljeno iz: reed.edu
  2. Wikipedija. (2018). Gostota elektrona. Vzpostavljeno iz: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. junij 2014). Opredelitev gostote elektrona. Vzpostavljeno iz: thoughtco.com
  4. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrirani glosar organske kemije: gostota elektronov. Vzpostavljeno iz: chem.ucla.edu
  5. Kemija LibreTexts. (29. november 2018). Atomske velikosti in porazdelitve elektronske gostote. Vzpostavljeno iz: chem.libretexts.org
  6. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organska kemija. Amini (10th izdaja.). Wiley Plus.
  7. Carey F. (2008). Organska kemija (Šesta izdaja). Mc Graw Hill.