מהי צפיפות אלקטרונית?



ה צפיפות אלקטרונית זה מדד של כמה סביר למצוא את האלקטרון באזור נתון של שטח; או סביב גרעין אטומי, או "שכונות" בתוך מבנים מולקולריים.

ככל ריכוז האלקטרונים בנקודה נתונה, כך גדל צפיפות האלקטרונים, ולכן, זה יהיה להבחין מסביבתה ולהציג מאפיינים מסוימים המסבירים תגובה כימית. דרך גרפית מצוינת לייצג מושג זה היא דרך מפה פוטנציאלית אלקטרוסטטית.

לדוגמה, מבנה האנטנטיומר S-carnitine עם המפה הפוטנציאלית האלקטרוסטטית המתאימה שלו מוצג בתמונה העליונה. בקנה מידה המורכב על ידי הצבעים של הקשת ניתן לראות: אדום כדי לציין את האזור של צפיפות אלקטרונית גדולה יותר, כחול עבור אזור זה עניים אלקטרונים.

כאשר המולקולה עוברת משמאל לימין, אנחנו מתרחקים מהקבוצה - CO2- לכיוון השלד CH2-CHOH-CH2, שבו הצבעים צהוב וירוק, המציין ירידה בצפיפות האלקטרונית; אל הקבוצה -N (CH3)3+, אזור האלקטרון העני ביותר, כחול.

באופן כללי, האזורים שבהם הצפיפות האלקטרונית נמוכה (הצבעים הצהובים והירוקים) הם הפחות פעילים במולקולה.

אינדקס

  • 1 קונספט
  • 2 מפה פוטנציאלית אלקטרוסטטית
    • 2.1 השוואת צבעים
    • 2.2 תגובה כימית
  • 3 צפיפות אלקטרונית באטום
  • 4 הפניות

קונספט

יותר מאשר כימיה, צפיפות אלקטרונית היא פיזית בטבע, כי האלקטרונים לא נשארים סטטיים, אבל לנסוע מצד אחד כדי ליצור שדות חשמליים.

וריאציה של שדות אלה מקורה בהבדלים בצפיפות האלקטרונית במשטחי ון דר ואלס (כל אותם משטחים של תחומים).

המבנה של ה- S- קרניטין מיוצג על ידי מודל של כדורים וברים, אבל אם זה היה על פני השטח שלה ואן דר ואלס, הסורגים ייעלמו ורק קבוצה משומנת של כדורים יהיה נצפה (עם אותם צבעים).

אלקטרונים יהיה סביר יותר לשוטט סביב אטומים electronegative יותר; עם זאת, ייתכן שיש יותר מאטום electronegative אחד במבנה המולקולרי, ולכן, קבוצות של אטומים כי גם להפעיל את ההשפעה האינדוקטיבית שלהם.

משמעות הדבר היא כי השדה החשמלי משתנה יותר מאשר ניתן לחזות על ידי התבוננות מולקולה כמו זבובים עורב; כלומר, יכול להיות קיטוב פחות או יותר של חיובים שליליים או צפיפות אלקטרונית.

זה יכול להיות גם הסביר כדלקמן: חלוקת ההאשמות הופך הומוגני יותר.

מפה פוטנציאלית אלקטרוסטטית

לדוגמה, קבוצת -OH שיש אטום חמצן מושך את צפיפות האלקטרונים של האטומים השכנים שלה; עם זאת, ב S- קרניטין זה נותן חלק הצפיפות האלקטרונית שלה לקבוצה -CO2-, בעוד באותו זמן לעזוב את הקבוצה -N (CH3)3+ עם חסרון אלקטרוני גדול יותר.

שים לב כי זה יכול להיות מאוד מסובך כדי להסיק איך את ההשפעות אינדוקטיביים לעבוד במולקולה מורכבת, כגון חלבון.

על מנת לקבל סקירה כללית של הבדלים כאלה שדות חשמליים במבנה, חישוב חישובית של מפות פוטנציאל אלקטרוסטטי משמש.

חישובים אלה מורכבים מהנחת מטען נקודה חיובי והעברתו לאורך פני המולקולה; שם יש פחות צפיפות אלקטרונית, תהיה דחייה אלקטרוסטטית, וככל שהדחייה גבוהה יותר, כך הצבע הכחול יהיה חזק יותר.

כאשר הצפיפות האלקטרונית גדולה יותר, תהיה משיכה אלקטרוסטטית חזקה, המיוצגת על ידי צבע אדום.

החישובים לוקחים בחשבון את כל ההיבטים המבניים, את רגעי הדיפול של הקישורים, את ההשפעות האינדוקטיביות הנגרמות על ידי כל האטומים החשמליים ביותר, וכו '. וכתוצאה מכך, אתה מקבל אותם משטחים צבעוניים הערעור חזותי.

השוואה בין צבעים

מעל הוא פוטנציאל פוטנציאל אלקטרוסטטי עבור מולקולת בנזן. שים לב כי במרכז הטבעת יש צפיפות אלקטרונים גבוהה יותר, ואילו "נקודות" שלה הם בצבע כחלחל, בגלל פחות אטומי מימן electronegative. כמו כן, התפלגות זו של החיובים נובעת מהאופי הארומטי של הבנזן.

במפה זו הצבעים הירוק וצהוב נצפו גם, המציין את הקירוב לאזורים עשירים ועשירים באלקטרון.

צבעים אלה יש קנה מידה משלהם, שונה מזה של S- קרניטין; ולכן אין זה נכון להשוות את קבוצת ה- CO2- ומרכז הטבעת הארומטית, המיוצגת על ידי הצבע האדום על המפות שלהם.

אם שניהם שמרו על אותו צבע בקנה מידה, זה יראה כי צבע אדום על מפת בנזין פנה כתום קלוש. על פי תקנון זה, ניתן להשוות את המפות הפוטנציאליות האלקטרוסטטיות, ולכן את הצפיפות האלקטרונית של מספר מולקולות.

אם לא, המפה תהיה רק ​​כדי לדעת את חלוקת התשלומים עבור מולקולה בודדת.

תגובתיות כימית

הצפייה במפה של פוטנציאל אלקטרוסטטי, ולכן אזורים עם צפיפות אלקטרונית גבוהה ונמוכה, ניתן לחזות (אם כי לא בכל המקרים) שבו תגובות כימיות תתרחש במבנה המולקולרי.

אזורים עם צפיפות אלקטרונים גבוהה מסוגלים "לספק" האלקטרונים שלהם מינים הסובבים כי הביקוש או צריך אותם; אל מינים אלה, טעונה שלילית, ה+, הם ידועים בשם electrophiles.

לכן, electrophiles יכול להגיב עם הקבוצות המיוצגות על ידי צבע אדום (קבוצת CO)2- ואת מרכז הטבעת בנזן).

בעוד אזורים עם צפיפות אלקטרונים נמוכה, הם מגיבים עם מינים טעונים שלילי, או עם אלה שיש להם זוגות ללא אלקטרון לשתף; אלה ידועים בשם נוקלאופילים.

במקרה של הקבוצה -N (CH3)3+, זה יגיב בצורה כזו אטום חנקן רווח האלקטרונים (להיות מופחת).

צפיפות אלקטרונית באטום

באטום האלקטרונים נעים במהירויות עצומות ויכולים להיות בכמה אזורים בחלל בו-זמנית.

עם זאת, ככל שהמרחק של הגרעין גדל, האלקטרונים רוכשים אנרגיה פוטנציאלית אלקטרונית וההפצה ההסתברותית שלהם יורדת.

משמעות הדבר היא כי עננים אלקטרוניים של אטום אין גבול מוגדר, אבל מטושטשת. לכן, לא קל לחשב את רדיוס האטום; אלא אם כן, ישנם שכנים אשר יוצרים הבדל במרחקים של גרעיניהם, אשר מחציתם יכולים להילקח רדיוס אטומי (r = d / 2).

האטומים האטומיים, ותפקודיהם של גלים רדיאליים וזוויתיים, מדגימים כיצד משתנה הצפיפות האלקטרונית בהתאם למרחק המפריד בינם לבין הגרעין.

הפניות

  1. מכללת ריד. (s.f.). מהי צפיפות אלקטרונים? ROCO מקור: reed.edu
  2. ויקיפדיה. (2018). צפיפות אלקטרונים. מקור: en.wikipedia.org
  3. הלמנשטיין, אן מארי, Ph.D. (11 ביוני 2014). הגדרת צפיפות אלקטרונים. מקור: Thinkco.com
  4. סטיבן א. הרדינגר. (2017). מילון מונחים של כימיה אורגנית: צפיפות אלקטרונים. מקור: chem.ucla.edu
  5. כימיה. (29 בנובמבר 2018). גדלים אטומיים וצפיפות אלקטרונים צפיפות. מקור: chem.libretexts.org
  6. גרהם סולומונס ט. וו. קרייג ב. פרייהל. (2011). כימיה אורגנית. Amines (10)ה מהדורה). ויילי פלוס.
  7. קארי פ. (2008). כימיה אורגנית (מהדורה ששית). מק גרב היל.