Mikä on sähköinen tiheys?



elektroninen tiheys se on mitta siitä, kuinka todennäköistä on löytää elektroni tietyllä avaruusalueella; joko atomirungon ympärillä tai molekyylirakenteiden "lähiöissä".

Mitä suurempi elektronien pitoisuus tietyssä pisteessä on, sitä suurempi on elektronitiheys, ja siksi se erottuu ympäristöstään ja niillä on tiettyjä ominaisuuksia, jotka selittävät kemiallisen reaktiivisuuden. Graafinen ja erinomainen tapa edustaa tällaista konseptia on sähköstaattinen potentiaalikartta.

Esimerkiksi S-karnitiini-enantiomeerin rakenne ja sen vastaava sähköstaattinen potentiaalikartta on esitetty ylemmässä kuvassa. Sateenkaaren väreistä koostuva mittakaava voidaan havaita: punainen, joka osoittaa suuremman elektronisen tiheyden alueen, ja sinisen, joka on elektronien huono alue.

Kun molekyyli liikkuu vasemmalta oikealle, siirrymme pois ryhmästä -CO2- kohti luurankoa CH2-CHOH-CH2, joissa värit ovat keltaisia ​​ja vihreitä, mikä viittaa elektronisen tiheyden vähenemiseen; ryhmään -N (CH3)3+, köyhin elektronialue, sininen.

Yleensä alueet, joissa elektroninen tiheys on alhainen (keltaiset ja vihreät värit), ovat vähiten reaktiivisia molekyylissä.

indeksi

  • 1 Käsite
  • 2 Sähköstaattinen potentiaalikartta
    • 2.1 Värien vertailu
    • 2.2 Kemiallinen reaktiivisuus
  • 3 Elektroninen tiheys atomissa
  • 4 Viitteet

käsite

Enemmän kuin kemia, sähköinen tiheys on luonnollisesti fyysinen, koska elektronit eivät pysy staattisina, vaan kulkevat yhdeltä puolelta toiselle luomalla sähkökenttiä.

Ja näiden kenttien vaihtelu synnyttää eroja van der Waalsin (kaikki pallojen pinnat) pintojen elektronisissa tiheyksissä.

S-karnitiinin rakennetta edustaa pallojen ja palkkien malli, mutta jos se olisi van der Waalsin pinnalla, tangot katoaisivat ja vain mattattu joukko palloja olisi havaittu (samoilla väreillä).

Elektronit ovat todennäköisemmin hajautumassa enemmän elektronegatiivisten atomien ympärille; molekyylirakenteessa voi kuitenkin olla useampia kuin yksi elektronegatiivinen atomi, ja näin ollen atomiryhmät, joilla on myös oma induktiivinen vaikutus.

Tämä tarkoittaa sitä, että sähkökenttä vaihtelee enemmän kuin voidaan ennustaa tarkkailemalla molekyyliä varisjoukkona; toisin sanoen negatiivisten varausten tai elektronisen tiheyden polarisaatio voi olla enemmän tai vähemmän.

Tämä voidaan selittää myös seuraavasti: maksujen jakautuminen muuttuu homogeenisemmaksi.

Sähköstaattinen potentiaalikartta

Esimerkiksi -OH-ryhmä, jolla on happiatomi, houkuttelee naapureidensa atomien elektronitiheyttä; S-karnitiinissa se kuitenkin antaa osan elektronisesta tiheydestään ryhmälle -CO2-, samalla kun poistetaan ryhmä -N (CH3)3+ suurempaa sähköistä puutetta.

Huomaa, että voi olla hyvin vaikeaa päätellä, kuinka induktiiviset vaikutukset toimivat monimutkaisessa molekyylissä, kuten proteiinissa.

Jotta saataisiin yleiskuva rakenteen sähkökenttien eroista, käytetään sähköstaattisten potentiaalisten karttojen laskennallista laskentaa.

Nämä laskelmat koostuvat positiivisen pistemäärän asettamisesta ja sen siirtämisestä molekyylin pintaa pitkin; jossa on vähemmän elektronista tiheyttä, sähköstaattista tukahduttamista, ja mitä suurempi hylkintä, sitä voimakkaampi sininen väri tulee olemaan.

Kun sähköinen tiheys on suurempi, tulee vahva sähköstaattinen vetovoima, jota edustaa punainen väri.

Laskelmissa otetaan huomioon kaikki rakenteelliset näkökohdat, linkkien dipolimomentit, kaikkien voimakkaasti elektronegatiivisten atomien aiheuttamat induktiiviset vaikutukset jne. Tämän seurauksena saat värikkäitä pintoja ja visuaalisia valintoja.

Värien vertailu

Yllä on bentseenimolekyylin sähköstaattinen potentiaalikartta. Huomaa, että renkaan keskellä on korkeampi elektronitiheys, kun taas sen "pisteet" ovat sinertävän värisiä, koska vähemmän elektronegatiivisia vetyatomeja on. Tämä maksujen jakautuminen johtuu myös bentseenin aromaattisesta luonteesta.

Tässä kartassa havaitaan myös vihreitä ja keltaisia ​​värejä, jotka osoittavat likiarvoja köyhille ja elektronisesti rikkaille alueille.

Näillä väreillä on oma mittakaava, joka on erilainen kuin S-karnitiinin; ja siksi on väärin verrata -CO-ryhmää2- ja aromaattisen renkaan keskipiste, joita molemmat edustavat kartoillaan punainen väri.

Jos molemmat säilyttäisivät saman värimassan, se osoittaisi, että bentseenikartan punainen väri kääntyi heikosta oranssista. Tässä standardoinnissa voidaan verrata sähköstaattisia potentiaalikarttoja ja siten useiden molekyylien elektronisia tiheyksiä.

Jos näin ei ole, kartan tiedetään vain yksittäisen molekyylin latausjakaumat.

Kemiallinen reaktiivisuus

Tarkasteltaessa sähköstaattisen potentiaalin karttaa ja siten alueita, joilla on korkea ja alhainen elektroninen tiheys, voidaan ennustaa (vaikkakaan ei kaikissa tapauksissa), jossa molekyylirakenteessa esiintyy kemiallisia reaktioita.

Alueet, joilla on korkea elektronitiheys, voivat "toimittaa" elektronit ympäröiville lajeille, jotka vaativat tai tarvitsevat niitä; näille lajeille, negatiivisesti varautunut, E+, ne tunnetaan elektrofiileinä.

Siksi elektrofiilit voivat reagoida punaista väriä edustavien ryhmien kanssa (-CO-ryhmä)2- ja bentseenirenkaan keskusta).

Vaikka alat, joilla on alhainen elektronitiheys, ne reagoivat negatiivisesti varautuneiden lajien kanssa tai niiden kanssa, joilla on elektronittomia paria jakamaan; jälkimmäiset tunnetaan nukleofiileinä.

Ryhmän -N (CH.) Tapauksessa3)3+, se reagoi siten, että typpiatomi saa elektroneja (vähennetään).

Elektroninen tiheys atomissa

Atomissa elektronit liikkuvat valtavilla nopeuksilla ja voivat olla samanaikaisesti useilla avaruusalueilla.

Kuitenkin, koska ytimen etäisyys kasvaa, elektronit saavat sähköisen potentiaalinergian ja niiden todennäköisyysjakauma pienenee.

Tämä tarkoittaa, että atomin elektronisilla pilvillä ei ole määriteltyä rajaa, mutta epäselvää. Näin ollen atomiradian laskeminen ei ole helppoa; ellei ole naapureita, jotka muodostavat eron niiden ytimien etäisyyksissä, joiden puolet voidaan katsoa atomisäteeksi (r = d / 2).

Atomipallot ja niiden säteittäisten ja kulma-aaltojen toiminnot osoittavat, miten elektronista tiheyttä muutetaan riippuen etäisyydestä, joka erottaa ne ytimestä.

viittaukset

  1. Reed College. (N.D.). Mikä on elektronitiheys? ROCO. Haettu osoitteesta reed.edu
  2. Wikipedia. (2018). Elektronitiheys. Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. kesäkuuta 2014). Elektronitiheyden määritelmä. Haettu osoitteesta thinkco.com
  4. Steven A. Hardinger. (2017). Kuvitettu orgaanisen kemian sanasto: elektronitiheys. Haettu osoitteesta: chem.ucla.edu
  5. Kemia LibreTexts. (29. marraskuuta 2018). Atomikoot ja elektronitiheysjakaumat. Haettu osoitteesta: chem.libretexts.org
  6. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Orgaaninen kemia. Amiineja. (10th painos.). Wiley Plus.
  7. Carey F. (2008). Orgaaninen kemia (Kuudes painos). Mc Graw Hill.