Какво представлява електронната плътност?



на електронна плътност това е мярка за това колко е вероятно да се намери електрона в даден регион на пространството; или около атомното ядро, или в "кварталите" в молекулярните структури.

Колкото по-висока е концентрацията на електроните в дадена точка, толкова по-голяма е електронната плътност и следователно тя ще се отличава от околната среда и ще показва определени характеристики, които обясняват химическата реактивност. Графичен и отличен начин за представяне на такава концепция е чрез карта на електростатичния потенциал.

Например, структурата на S-карнитин енантиомера със съответната карта на електростатичен потенциал е показана на горното изображение. Може да се наблюдава мащаб, съставен от цветовете на дъгата: червен, за да се посочи регионът на по-голяма електронна плътност, и синьо за този район, беден на електрони..

Тъй като молекулата се пресича от ляво на дясно, ние се отдалечаваме от групата -CO2- към скелета CH2-CHOH-CH2, където цветовете са жълти и зелени, което показва намаляване на електронната плътност; към групата -N (CH3)3+, най-бедната електронна област, синя.

Като цяло регионите, където електронната плътност е ниска (жълтите и зелените цветове) са най-малко реактивни в молекулата.

индекс

  • 1 Концепция
  • 2 Карта на електростатичния потенциал
    • 2.1 Сравнение на цветовете
    • 2.2 Химична реактивност
  • 3 Електронна плътност в атома
  • 4 Препратки

понятие

Повече от химията, електронната плътност е физическа по природа, тъй като електроните не остават статични, а пътуват от едната страна към другата, създавайки електрически полета..

А промяната на тези полета произтича от разликите в електронните плътности на повърхностите на ван дер Ваалс (всички тези повърхности на сферите)..

Структурата на S-карнитина е представена от модел на сфери и решетки, но ако беше за неговата ван-дер-ваалсова повърхност, прътите щяха да изчезнат и да се наблюдава само сплъстена група сфери (със същите цветове).

Електроните ще са по-склонни да се движат около по-електроотрицателните атоми; въпреки това в молекулярната структура може да има повече от един електроотрицателен атом и следователно групи от атоми, които също проявяват свой собствен индуктивен ефект.

Това означава, че електрическото поле варира повече, отколкото може да се предскаже чрез наблюдение на молекула по права линия; това означава, че може да има повече или по-малко поляризация на отрицателни заряди или електронна плътност.

Това може да се обясни и по следния начин: разпределението на зарядите става по-хомогенно.

Карта на електростатичния потенциал

Например, -ОН групата за наличие на кислороден атом привлича електронната плътност на съседните атоми; въпреки това, в S-карнитина той дава част от своята електронна плътност на групата -CO2-, докато в същото време напуска групата -N (CH3)3+ с по-голям електронен дефицит.

Имайте предвид, че може да бъде много сложно да се заключи как индуктивните ефекти работят в сложна молекула, като протеин.

За да се направи преглед на тези различия в електрическите полета в конструкцията, се използва изчислително изчисление на карти за електростатични потенциали.

Тези изчисления се състоят от поставяне на положителен точен заряд и придвижването му по повърхността на молекулата; където има по-малка електронна плътност, ще има електростатично отблъскване, и колкото по-високо е отблъскването, толкова по-интензивен ще бъде синият цвят.

Там, където електронната плътност е по-голяма, ще има силно електростатично привличане, представено от червения цвят.

Изчисленията отчитат всички структурни аспекти, диполните моменти на връзките, индуктивните ефекти, причинени от всички силно електроотрицателни атоми и др. И като резултат, получавате тези цветни повърхности и визуална привлекателност.

Сравнение на цветовете

По-горе е карта на електростатичния потенциал за бензолна молекула. Забележете, че в центъра на пръстена има по-висока електронна плътност, а нейните "точки" са с синкав цвят, поради по-малко електроотрицателните водородни атоми. Също така, разпределението на таксите се дължи на ароматния характер на бензола.

На тази карта се наблюдават и зелени и жълти цветове, което показва приближенията към бедните и богатите на електрони региони.

Тези цветове имат свой собствен мащаб, различен от този на S-карнитин; и следователно е неправилно да се сравнява групата -СО2- и центъра на ароматния пръстен, и двата представени с червения цвят на техните карти.

Ако и двете запазиха една и съща цветова скала, това ще покаже, че червеният цвят на картата на бензола се превръща от слаб оранжев цвят. При тази стандартизация, картите на електростатичните потенциали могат да се сравняват и следователно с електронните плътности на няколко молекули.

Ако не, картата ще служи само за познаване на разпределението на заряда за отделна молекула.

Химична реактивност

Наблюдавайки карта на електростатичния потенциал и следователно региони с високи и ниски електронни плътности, може да се предвиди (макар и не във всички случаи), където ще се появят химични реакции в молекулярната структура..

Регионите с висока електронна плътност са в състояние да „осигурят“ своите електрони на околните видове, които ги изискват или се нуждаят; към тези видове, отрицателно заредени, Е+, те са известни като електрофили.

Следователно, електрофилите могат да реагират с групите, представени от червения цвят (-СО групата).2- и центъра на бензеновия пръстен).

Докато регионите с ниска електронна плътност реагират с отрицателно заредени видове, или с тези, които имат свободни от електрони двойки; последните са известни като нуклеофили.

В случая на групата -N (СН3)3+, ще реагира по такъв начин, че азотният атом печели електрони (да бъде намален).

Електронна плътност в атома

В атома електроните се движат с огромни скорости и могат да бъдат в няколко области на пространството едновременно.

Но с увеличаването на разстоянието на ядрото електроните придобиват електронна потенциална енергия и вероятностното им разпределение намалява.

Това означава, че електронните облаци на атома нямат определена граница, а са размазани. Следователно не е лесно да се изчисли атомният радиус; освен ако има съседи, които установяват разлика в разстоянията на техните ядра, чиято половина може да се приеме за атомен радиус (r = d / 2).

Атомните орбитали и техните функции на радиални и ъглови вълни показват как се променя електронната плътност в зависимост от разстоянието, което ги отделя от ядрото..

препратки

  1. Рийд Колидж. (Н.О.). Какво представлява електронната плътност? ROCO. Изтеглено от: reed.edu
  2. Wikipedia. (2018). Електронна плътност. Изтеглено от: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 юни 2014 г.). Определение на плътността на електроните. Изтеглено от: thoughtco.com
  4. Стивън А. Хардингър. (2017). Илюстриран речник на органичната химия: Електронна плътност. Изтеглено от: chem.ucla.edu
  5. Химия LibreTexts. (29 ноември 2018 г.). Атомни размери и разпределения на електронна плътност. Изтеглено от: chem.libretexts.org
  6. Греъм Соломонс T.W., Крейг Б. Фрайле. (2011 г.). Органична химия. Амини. (10тата издание.). Wiley Plus.
  7. Кери Ф. (2008). Органична химия (Шесто издание). Mc Graw Hill.