Co je to elektronická hustota?



elektronické hustoty to je míra jak pravděpodobný to je najít elektron v dané oblasti prostoru; buď kolem atomového jádra, nebo v "sousedstvích" uvnitř molekulárních struktur.

Čím vyšší je koncentrace elektronů v daném bodě, tím větší je hustota elektronů, a proto se bude odlišovat od svého okolí a vykazovat určité vlastnosti, které vysvětlují chemickou reaktivitu. Grafický a vynikající způsob, jak reprezentovat takový koncept, je prostřednictvím mapa elektrostatického potenciálu.

Například struktura horního enantiomeru S-karnitinu s odpovídající mapou elektrostatického potenciálu. Měřítko složené barvami duhy může být pozorováno: červená znamenat oblast větší elektronické hustoty, a modrý pro to oblast chudá na elektrony \ t.

Jak molekula projíždí zleva doprava, pohybujeme se od skupiny -CO2- směrem ke kostře CH2-CHOH-CH2, kde barvy jsou žluté a zelené, což naznačuje pokles elektronické hustoty; do skupiny -N (CH3)3+, nejchudší elektronová oblast, modrá.

Obecně jsou oblasti, kde je elektronická hustota nízká (žluté a zelené barvy), nejméně reaktivní v molekule.

Index

  • 1 Koncepce
  • 2 Mapa elektrostatického potenciálu
    • 2.1 Porovnání barev
    • 2.2 Chemická reaktivita
  • 3 Elektronická hustota v atomu
  • 4 Odkazy

Koncepce

Více než chemie je elektronická hustota fyzikální povahy, protože elektrony nezůstávají statické, ale cestují z jedné strany do druhé a vytvářejí elektrická pole..

A variace těchto polí vytváří rozdíly v elektronických hustotách v povrchech van der Waals (všechny tyto plochy koulí).

Struktura S-karnitinu je reprezentována modelem kuliček a tyčí, ale kdyby to bylo pro jeho van der Waalsův povrch, tyčinky by zmizely a byla by pozorována pouze matná sada koulí (se stejnými barvami).

Elektrony budou s větší pravděpodobností procházet kolem více elektronegativních atomů; nicméně, tam může být více než jeden electronegative atom v molekulární struktuře, a proto, skupiny atomů, které také vykonávají jejich vlastní indukční účinek \ t.

To znamená, že elektrické pole se mění více, než se dá předvídat pozorováním molekuly v podobě vzdušných čar; to znamená, že může existovat více nebo méně polarizace záporných nábojů nebo elektronické hustoty.

To lze také vysvětlit následovně: rozdělení nábojů se stává homogennějším.

Mapa elektrostatického potenciálu

Například skupina -OH pro atom kyslíku přitahuje elektronovou hustotu sousedních atomů; nicméně, v S-karnitinu to dá část jeho elektronické hustoty ke skupině -CO2-, zatímco současně opouští skupinu -N (CH3)3+ s větším elektronickým nedostatkem.

Všimněte si, že může být velmi složité vyvodit, jak indukční účinky fungují ve složité molekule, jako je protein.

Pro získání přehledu o těchto rozdílech v elektrických polích ve struktuře se používá výpočet výpočtů elektrostatického potenciálu map.

Tyto výpočty spočívají v umístění kladného náboje a jeho pohybu po povrchu molekuly; tam, kde je menší elektronická hustota, dojde k elektrostatickému odpuzování a čím vyšší je odpuzování, tím intenzivnější bude modrá barva..

Tam, kde je elektronická hustota větší, bude silná elektrostatická přitažlivost, reprezentovaná červenou barvou.

Výpočty zohledňují všechny konstrukční aspekty, dipólové momenty spojů, indukční účinky způsobené všemi vysoce elektronegativními atomy atd. V důsledku toho získáte tyto barevné povrchy a vizuální přitažlivost.

Porovnání barev

Nahoře je mapa elektrostatického potenciálu molekuly benzenu. Všimněte si, že ve středu kruhu je vyšší elektronová hustota, zatímco jeho „body“ mají modravou barvu, protože jsou méně elektronegativní vodíkové atomy. Také toto rozložení nábojů je způsobeno aromatickým charakterem benzenu.

Na této mapě jsou také pozorovány zelené a žluté barvy, které naznačují přiblížení chudým a elektronově bohatým oblastem.

Tyto barvy mají své vlastní měřítko, odlišné od barvy S-karnitinu; a proto je nesprávné porovnávat skupinu -CO2- a střed aromatického kruhu, oba reprezentovaný červenou barvou na jejich mapách.

Pokud by obě barvy měly stejnou barevnou stupnici, ukázalo by se, že červená barva benzenové mapy se změnila ze slabé oranžové barvy. Pod touto normalizací lze porovnat mapy elektrostatického potenciálu a tím i elektronické hustoty několika molekul.

Pokud ne, mapa by sloužila pouze k poznání rozložení náboje pro jednotlivé molekuly.

Chemická reaktivita

Pozorování mapy elektrostatického potenciálu, a tedy oblastí s vysokou a nízkou elektronickou hustotou, může být předpovězeno (i když ne ve všech případech), kde se chemické reakce vyskytnou v molekulární struktuře..

Oblasti s vysokou hustotou elektronů jsou schopny "poskytovat" své elektrony okolním druhům, které je potřebují nebo potřebují; na tyto druhy, záporně nabité, E+, jsou známy jako elektrofily.

Elektrofily tedy mohou reagovat se skupinami reprezentovanými červenou barvou (skupina -CO)2- a střed benzenového kruhu).

Zatímco oblasti s nízkou hustotou elektronů reagují se záporně nabitými druhy, nebo s těmi, které mají páry bez elektronů; tyto jsou známé jako nukleofily.

V případě skupiny -N (CH3)3+, bude reagovat tak, aby atom dusíku získal elektrony (snížil se).

Elektronická hustota v atomu

V atomu se elektrony pohybují enormními rychlostmi a mohou být současně v několika oblastech prostoru.

Nicméně, jak vzdálenost jádra se zvětší, elektrony získají elektronickou potenciální energii a pravděpodobnostní distribuce je klesá.

To znamená, že elektronické mraky atomu nemají definovanou hranici, ale rozmazané. Proto není snadné vypočítat atomový poloměr; ledaže, tam jsou sousedi, kteří vytvoří rozdíl ve vzdálenostech jejich jádra, jehož polovina může být vzata jako atomový poloměr (r = d / 2) \ t.

Atomové orbitály a jejich funkce radiálních a úhlových vln ukazují, jak je elektronická hustota modifikována v závislosti na vzdálenosti, která je odděluje od jádra..

Odkazy

  1. Reed College. (s.f.). Co je to elektronová hustota? ROCO Zdroj: reed.edu
  2. Wikipedia. (2018). Elektronová hustota. Zdroj: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. června 2014). Definice hustoty elektronů. Citováno z: thoughtco.com
  4. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrovaný glosář organické chemie: Elektronová hustota. Zdroj: chem.ucla.edu
  5. Chemie LibreTexts. (29. listopadu 2018). Atomové velikosti a distribuce elektronové hustoty. Zdroj: chem.libretexts.org
  6. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. Aminy (10)th vydání.). Wiley Plus.
  7. Carey F. (2008). Organická chemie (Šesté vydání). Mc Graw Hill.