Hvad er elektronisk tæthed?



den elektronisk tæthed det er et mål for, hvor sandsynligt det er at finde elektronen i et bestemt område af rummet; enten omkring en atomkerne, eller i "kvarterer" inden for de molekylære strukturer.

Jo højere koncentration af elektroner på et givet punkt, jo større er elektrontætheden, og derfor vil den skelnes fra omgivelserne og udvise visse egenskaber, der forklarer kemisk reaktivitet. En grafisk og fremragende måde at repræsentere et sådant koncept på er gennem elektrostatisk potentielt kort.

For eksempel er strukturen af ​​S-carnitin-enantiomeren med dens tilsvarende elektrostatiske potentielle kort vist i det øvre billede. En skala sammensat af regnbuens farver kan observeres: rød for at angive regionen med større elektronisk densitet og blå for den region, der er fattige i elektroner.

Da molekylet krydses fra venstre til højre, bevæger vi os væk fra gruppen -CO2- mod skeletet CH2-CHOH-CH2, hvor farverne er gule og grønne, hvilket indikerer et fald i elektronisk tæthed; til gruppen -N (CH3)3+, den fattigste elektronregion, blå.

Generelt er de regioner, hvor den elektroniske tæthed er lav (de gule og grønne farver) mindst reaktive i et molekyle.

indeks

  • 1 koncept
  • 2 Elektrostatisk potentielt kort
    • 2.1 Sammenligning af farver
    • 2.2 Kemisk reaktivitet
  • 3 Elektronisk tæthed i atomet
  • 4 referencer

koncept

Mere end kemi er elektronisk densitet fysisk karakter, fordi elektroner ikke forbliver statiske, men rejser fra den ene side til den anden, der skaber elektriske felter.

Og variationen af ​​disse felter hidrører forskellene i de elektroniske tætheder i overfladerne af van der Waals (alle disse overflader af kugler).

Strukturen af ​​S-carnitin er repræsenteret ved en model af kugler og stænger, men hvis det var ved deres van der Waals overflade, forsvinder barer og observere kun ét sæt caked kugler (med de samme farver).

Elektroner vil være mere tilbøjelige til at prowl omkring de mere elektronegative atomer; der kan imidlertid være mere end et elektronegativt atom i den molekylære struktur, og derfor er grupper af atomer, som også udøver deres egen induktive virkning.

Det betyder, at det elektriske felt varierer mere end det, der kan forudsiges ved at observere et molekyle som keglen flyver; det vil sige, at der kan være mere eller mindre polarisering af negative ladninger eller elektronisk tæthed.

Dette kan også forklares som følger: Fordelingen af ​​afgifter bliver mere homogen.

Elektrostatisk potentielt kort

For eksempel tiltrækker -OH-gruppen til at have et oxygenatom eltettheden af ​​dets nærliggende atomer; I S-carnitinen giver den dog en del af dens elektroniske tæthed til gruppen -CO2-, mens man samtidig forlader gruppen -N (CH3)3+ med større elektronisk mangel.

Bemærk at det kan være meget kompliceret at afgøre, hvordan de induktive virkninger virker i et komplekst molekyle, såsom et protein.

For at få et overblik over sådanne forskelle i de elektriske felter i strukturen anvendes beregningsberegning af elektrostatiske potentielle kort.

Disse beregninger består i at placere en positiv punktladning og flytte den langs molekylets overflade; hvor der er mindre elektronisk tæthed, vil der være elektrostatisk afstødning, og jo højere afstødning, desto mere intens vil den blå farve være.

Hvor den elektroniske tæthed er større, vil der være en stærk elektrostatisk attraktion, repræsenteret af den røde farve.

Beregningerne tager højde for alle de strukturelle aspekter, de dipolmomenter af forbindelserne, de induktive virkninger forårsaget af alle de højt elektronegative atomer osv. Og som et resultat får du de farverige overflader og visuel appel.

Sammenligning af farver

Ovenstående er det elektrostatiske potentielle kort for et benzenmolekyle. Bemærk, at der i midten af ​​ringen er en højere elektrondensitet, mens dens "punkter" er af blålig farve på grund af de mindre elektronegative hydrogenatomer. Også denne fordeling af afgifter skyldes den aromatiske karakter af benzen.

På dette kort overholdes også de grønne og gule farver, der angiver tilnærmelserne til de fattige og elektronrige regioner.

Disse farver har deres egen skala, forskellig fra den for S-carnitin; og derfor er det ukorrekt at sammenligne -CO gruppen2- og midten af ​​den aromatiske ring, begge repræsenteret af den røde farve på deres kort.

Hvis begge havde samme farveskala, ville det vise, at den røde farve på benzenkortet vendte sig fra en svag orange. Under denne standardisering kan de elektrostatiske potentielle kort sammenlignes, og derfor de elektroniske densiteter af flere molekyler.

Hvis ikke, ville kortet kun tjene til at kende ladningsfordelingen for et enkelt molekyle.

Kemisk reaktivitet

Iagttagelse af et kort over elektrostatisk potentiale, og derfor regioner med høje og lave elektroniske densiteter, kan det forudsiges (men ikke i alle tilfælde) hvor kemiske reaktioner vil forekomme i den molekylære struktur.

Regioner med høj elektrondensitet kan "give" deres elektroner til omgivende arter, der kræver eller har brug for dem; Til disse arter, negativt ladet, E+, de er kendt som elektrofiler.

Derfor kan elektrofiler reagere med grupperne repræsenteret ved den røde farve (-CO-gruppen)2- og centrum af benzenringen).

Mens regioner med lavt elektrondensitet reagerer de med negativt ladede arter eller med dem, der har elektronfri par at dele; sidstnævnte er kendt som nukleofiler.

I tilfælde af gruppen -N (CH3)3+, det vil reagere på en sådan måde, at nitrogenatomet får elektroner (reduceres).

Elektronisk tæthed i atomet

I atomet bevæger elektronerne sig med enorme hastigheder og kan ligge i flere områder af rummet på samme tid.

Men når afstanden af ​​kernen stiger, erhverver elektronerne elektronisk potentiel energi, og den probabilistiske fordeling af dem falder.

Dette betyder at de elektroniske skyer af et atom ikke har en afgrænset grænse, men sløret. Derfor er det ikke let at beregne atomradiusen; medmindre der er naboer, der skaber forskel i afstanden af ​​deres kerne, hvis halve kan tages som atomradius (r = d / 2).

Atomorbitalerne og deres funktioner af radiale og vinkelbølger viser, hvordan den elektroniske tæthed ændres afhængigt af den afstand, der adskiller dem fra kernen.

referencer

  1. Reed College. (N.D.). Hvad er elektrontæthed? ROCO. Hentet fra: reed.edu
  2. Wikipedia. (2018). Elektrondensitet. Hentet fra: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. juni 2014). Elektrontæthed Definition. Hentet fra: thoughtco.com
  4. Steven A. Hardinger. (2017). Illustreret ordliste for organisk kemi: Elektrontæthed. Hentet fra: chem.ucla.edu
  5. Kemi LibreTexts. (29. november 2018). Atomiske størrelser og elektrondensitetsfordelinger. Hentet fra: chem.libretexts.org
  6. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kemi. Aminer. (10th udgave.). Wiley Plus.
  7. Carey F. (2008). Organisk kemi (Sjette udgave). Mc Graw Hill.