MI AZ ELEKTRONSŰRŰSÉG? - KÉMIA - 2025

Az elektronsűrűség azt jelzi, hogy mennyire valószínű az elektron megtalálása a tér egy adott régiójában; akár atommag körül, vagy a "szomszédságokban" a molekuláris szerkezetekben.

Minél nagyobb az elektronok koncentrációja egy adott ponton, annál nagyobb az elektron sűrűsége, és ezért meg fog különböztetni a környezetétől, és bizonyos tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek magyarázzák a kémiai reakcióképességet. Az ilyen koncepció ábrázolásának kiváló grafikus módja az elektrosztatikus potenciál térkép.

Forrás: Manuel Almagro Rivas a Wikipedia segítségével

Például a felső kép az S-karnitin enantiomer szerkezetét mutatja annak megfelelő elektrosztatikus potenciál térképével. Megfigyelhető egy, a szivárvány színéből álló skála: piros, a legmagasabb elektronsűrűségű régiót jelöli, és kék, ha az elektronok gyenge.

Mivel a molekula áthaladni balról jobbra, haladunk el a -CO ₂ ^{- csoport} felé CH ₂ -CHOH-CH ₂ csontváz, ahol a színek a sárga és zöld, jelezve, csökken a elektronsűrűség; az -N (CH ₃) ₃ ⁺ csoportig, a leginkább elektronszegény régió, kék színű.

Általában azok a régiók, ahol az elektron sűrűsége alacsony (azok, amelyek sárga és zöld színűek), a legkevésbé reagálnak egy molekulában.

Koncepció

A kémiai tulajdonságokon túl az elektronsűrűség fizikai jellegű, mivel az elektronok nem maradnak statikusak, hanem az egyik oldalról a másikra haladnak, létrehozva elektromos mezőket.

És ezeknek a mezőknek a variációja okozza a különbségeket az elektronsűrűségben a van der Waals felületein (a gömbök összes felülete).

Az S-karnitin szerkezetét a gömbök és rúdok modellje ábrázolja, de ha a van der Waals felülete lenne, akkor a rudak eltűnnek, és csak egy azonos formájú gömbök forgácsolása figyelhető meg.

Az elektronok nagyobb valószínűséggel az elektronegatív atomok körül vannak; azonban a molekuláris szerkezetben több elektronegatív atom is lehet, és ezért atomcsoportok, amelyek szintén saját induktív hatást fejtenek ki.

Ez azt jelenti, hogy az elektromos térerősség nagyobb, mint amennyit előre lehet vetni egy molekula madártávlatból történő megfigyelésével; vagyis előfordulhat, hogy a negatív töltések vagy az elektron sűrűsége többé-kevésbé polarizálódik.

Ez a következőképpen magyarázható: a díjak eloszlása ​​homogénebbé válik.

Elektrosztatikus potenciál térkép

Például, mivel az -OH csoport oxigénatommal rendelkezik, vonzza a szomszédos atomok elektronikus sűrűségét; Azonban a S-karnitin ad ki részét elektronsűrűség a -CO ₂ ^{- csoport}, míg ugyanakkor az elhagyja a -N (CH ₃) ₃ ^{+ csoport} a nagyobb elektron-hiány.

Ne feledje, hogy nagyon nehéz következtetni arra, hogy az induktív hatások hogyan hatnak egy összetett molekulara, például egy fehérjére.

Annak érdekében, hogy kéznél áttekintést kapjunk a szerkezetben lévő elektromos mezők ilyen különbségeiről, az elektrosztatikus potenciál térképeinek kiszámítását használjuk.

Ezek a számítások pozitív pont töltésből állnak, és mozgatják azt a molekula felülete mentén; ahol kevesebb az elektron sűrűsége, akkor elektrosztatikus visszatükröződik, és minél nagyobb az ellenállás, annál intenzívebb lesz a kék szín.

Ahol az elektronsűrűség nagyobb, akkor erős elektrosztatikus vonzerő mutatkozik, amelyet a vörös szín képvisel.

A számítások figyelembe veszik az összes szerkezeti szempontot, a kötések dipólusidejét, az összes erősen elektronegatív atom által okozott induktív hatásokat stb. Ennek eredményeként megkapja ezeket a színes és vizuálisan vonzó felületeket.

Szín összehasonlítás

Forrás: Wikimedia Commons

A fenti ábra egy benzolmolekula elektrosztatikus potenciál térképe. Vegye figyelembe, hogy a gyűrű közepén nagyobb az elektronsűrűség, míg a "csúcsai" kékes színűek, a kevésbé elektronegatív hidrogénatomok miatt. Hasonlóképpen, a töltések eloszlása ​​a benzol aromás jellegéből fakad.

Ezen a térképen a zöld és a sárga szín is megfigyelhető, jelezve a szegény és elektronban gazdag régiók közelítését.

Ezeknek a színeknek saját skálájuk van, különbözik az S-karnitintől; és ezért helytelen összehasonlítani -CO ₂ ^- és a központ az aromás gyűrű, mind képviseli a piros szín a saját térképeket.

Ha mindkettő ugyanazt a színskálát tartja, akkor a benzol térképen látható piros szín halvány narancssárga színűvé válik. Ennek a szabványosításnak az alkalmazásával összehasonlíthatók az elektrosztatikus potenciál térképek, és így a különféle molekulák elektronsűrűsége.

Ellenkező esetben a térkép csak arra szolgál, hogy megismerje az egyes molekulák töltéseloszlását.

Kémiai reakcióképesség

Az elektrosztatikus potenciál térképének, tehát a nagy és alacsony elektronsűrűségű régiók megfigyelésével megjósolható (bár nem minden esetben), hogy kémiai reakciók alakulnak ki a molekuláris szerkezetben.

A nagy elektronsűrűségű régiók képesek "biztosítani" elektronjaikat a rájuk szoruló vagy rájuk kerülő fajok számára; Ezek a negatív töltésű fajok, az E ⁺, elektrofilek.

Ezért az elektrofilek reagálhatnak a vörös szín által képviselt csoportokkal (a -CO ₂ ^csoport és a benzolgyűrű középpontja).

Míg az alacsony elektronsűrűségű régiók, reagálnak negatív töltésű fajokkal, vagy azokkal, amelyekben szabad elektronpárok vannak megosztva; az utóbbikat nukleofiloknak nevezik.

Abban az esetben, a -N (CH ₃) ₃ ^{+ csoport}, akkor nem reagálhat oly módon, hogy a nitrogén atommal nyereségek elektronok (csökken).

Az elektron sűrűsége az atomban

Az atomban az elektronok hatalmas sebességgel mozognak, és a tér több régiójában lehetnek egyszerre.

A magtól való távolság növekedésével azonban az elektronok elektronikus potenciál energiát szereznek és valószínűségi eloszlásuk csökken.

Ez azt jelenti, hogy egy atom elektronikus felhőinek nincs meghatározott határo, hanem homályos. Ezért nem könnyű kiszámítani az atomi sugarat; kivéve, ha vannak olyan szomszédok, amelyek eltérést mutatnak a magok távolságában, amelynek felét atom sugarának lehet venni (r = d / 2).

Az atomi pályák, valamint sugárirányú és szöghullám-funkcióik megmutatják, hogy az elektron sűrűsége hogyan változik a magtól való távolság függvényében.

Irodalom

1. Reed Főiskola. (Sf). Mi az elektronsűrűség? ROCO. Helyreállítva: reed.edu
2. Wikipedia. (2018). Elektronsűrűség. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2014. június 11.) Elektron sűrűség meghatározás. Helyreállítva: gondolat.com
4. Steven A. Hardinger. (2017). A szerves kémia szemléltetett szótára: Elektronsűrűség. Helyreállítva: chem.ucla.edu
5. Kémia LibreTexts. (2018. november 29.). Atomméretek és elektronsűrűség-eloszlások. Helyreállítva: chem.libretexts.org
6. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Szerves kémia. Aminok. (10 ^th kiadás.). Wiley Plus.
7. Carey F. (2008). Szerves kémia. (Hatodik kiadás). Mc Graw Hill.