ŠTO JE GUSTOĆA ELEKTRONA? - KEMIJA - 2025

Gustoća elektrona je mjera koliko je vjerojatno da naći elektron u određenom dijelu svemira; bilo oko atomskog jezgra, bilo u „kvartu“ unutar molekularnih struktura.

Što je veća koncentracija elektrona u određenoj točki, veća je gustoća elektrona i, stoga, ona će se razlikovati od svoje okoline i pokazat će određene karakteristike koje objašnjavaju kemijsku reaktivnost. Izvrstan grafički način predstavljanja takvog koncepta je kroz elektrostatičku kartu potencijala.

Izvor: Manuel Almagro Rivas putem Wikipedije

Na primjer, gornja slika prikazuje strukturu S-karnitin enantiomera s odgovarajućom mapom elektrostatskog potencijala. Može se promatrati ljestvica sastavljena od boja duge: crvena koja označava regiju s najvećom gustoćom elektrona, a plava za regiju koja je siromašna elektronima.

Kao što je molekula prelazili s lijeva na desno, mi odmaknuti od CO ₂ ^{- skupina} prema CH ₂ CHOH-CH ₂ kostura, gdje su boje žute i zelene, što ukazuje na smanjenje gustoće elektrona; se na skupinu -N (CH ₃) ₃ ⁺, najviše elektronima-siromašnih regija, obojeno plavo.

Općenito, regije u kojima je gustoća elektrona niska (one u žutoj i zelenoj boji) najmanje su reaktivne u molekuli.

Koncept

Više od kemijske, gustoća elektrona je fizičke prirode, jer elektroni ne ostaju statični, već putuju s jedne na drugu stranu stvarajući električna polja.

A varijacija ovih polja uzrokuje razlike u gustoći elektrona na van der Waalsovim površinama (svim onim površinama sfera).

Struktura S-karnitina predstavljena je modelom sfera i šipki, ali kad bi bila njegova površina van der Waals, šipke bi nestale i opazio bi se samo skučeni skup sfera (istih boja).

Elektroni su vjerojatniji da će biti oko više elektronegativnih atoma; međutim, u molekularnoj strukturi može biti više od jednog elektronegativnog atoma, a samim tim i skupine atoma koji također pokazuju svoje induktivno djelovanje.

To znači da se električno polje razlikuje više nego što se može predvidjeti promatranjem molekule iz ptičje perspektive; to jest, može doći do više ili manje polarizacije negativnih naboja ili gustoće elektrona.

To se također može objasniti na sljedeći način: raspodjela naboja postaje homogenija.

Elektrostatička karta potencijala

Na primjer, zato što -OH skupina ima atom kisika, privlači elektronsku gustoću svojih susjednih atoma; Međutim, u S-karnitina daje dio svog elektronske gustoće u CO ₂ ^{- grupu}, a istovremeno ostavlja -N (CH ₃) ₃ ^{+ skupinu} s većim elektroničkim nedostatak.

Imajte na umu da može biti vrlo teško zaključiti kako djeluju induktivni učinci na složenu molekulu, poput proteina.

Da bi se imao pri ruci pregled takvih razlika u električnim poljima u strukturi, koristi se računski proračun elektrostatičkih karata potencijala.

Ovi proračuni sastoje se od stavljanja naboja u pozitivnu točku i njegovog pomicanja po površini molekule; tamo gdje je manja gustoća elektrona, doći će do elektrostatičkog odbijanja, a s većom odbijanjem plava boja će biti intenzivnija.

Tamo gdje je gustoća elektrona veća, postojat će snažna elektrostatska privlačnost, predstavljena crvenom bojom.

U proračunima se uzimaju u obzir svi strukturni aspekti, dipolni trenuci veza, induktivni učinci uzrokovani svim visoko elektronegativnim atomima itd. I kao rezultat, dobivate one šarene i vizualno privlačne površine.

Usporedba boja

Izvor: Wikimedia Commons

Iznad je karta elektrostatskog potencijala za molekulu benzena. Imajte na umu da u sredini prstena postoji veća gustoća elektrona, dok su njegovi "vrhovi" plavkaste boje, zbog manje elektronegativnih vodikovih atoma. Isto tako, ta se raspodjela naboja odnosi na aromatični karakter benzena.

Na ovoj karti također su promatrane boje zelena i žuta, što ukazuje na približavanje regijama siromašnim i bogatim elektronima.

Ove boje imaju svoju ljestvicu, različitu od one S-karnitina; i stoga je pogrešno uspoređivati grupu CO ₂ ^- i središte aromatskog prstena, oba zastupa crvena boja u svojim kartama.

Kad bi oboje zadržali istu ljestvicu boja, vidjelo bi se da crvena boja na karti benzena postaje narančasto narančasta. Pod ovom se standardizacijom mogu usporediti elektrostatičke karte potencijala, a samim tim i gustoća elektrona raznih molekula.

U suprotnom, karta bi služila samo poznavanju raspodjele naboja za pojedinu molekulu.

Kemijska reaktivnost

Promatrajući kartu elektrostatskog potencijala, a samim tim i područja s visokom i niskom gustoćom elektrona, može se predvidjeti (iako ne u svim slučajevima) gdje će se u molekularnoj strukturi odvijati kemijske reakcije.

Regije s velikom gustoćom elektrona sposobne su „osigurati“ svoje elektrone okolnim vrstama kojima je potrebna ili kojima je potrebna; Ove negativno nabijene vrste, E ⁺, poznate su kao elektrofili.

Stoga, elektrofili mogu reagirati s grupama koje predstavljaju crvena boja (s CO ₂ ^{- grupu} i centra benzenskog prstena).

Dok regije s malom gustoćom elektrona reagiraju s negativno nabijenim vrstama ili s onima koje imaju slobodne parove elektrona za dijeljenje; potonji su poznati kao nukleofili.

U slučaju N (CH ₃) ₃ ^{+ skupina}, ona će reagirati tako da atom dušika dobici elektrona (smanjen).

Gustoća elektrona u atomu

U atomu se elektroni kreću ogromnim brzinama i mogu biti u više područja prostora istovremeno.

Međutim, kako se udaljenost od jezgre povećava, elektroni stječu elektroničku potencijalnu energiju i smanjuje se njihova vjerojatna distribucija.

To znači da elektronski oblaci atoma nemaju definiranu granicu, već zamućenu. Stoga nije lako izračunati atomski polumjer; osim ako nema susjeda koji utvrđuju razliku u udaljenostima svojih jezgara, od kojih se polovina može uzeti kao atomski polumjer (r = d / 2).

Atomske orbitale i njihove radijalne i kutne valne funkcije pokazuju kako se gustoća elektrona mijenja kao funkcija udaljenosti od jezgre.

Reference

1. Reed College. (SF). Što je gustoća elektrona? Roco. Oporavak od: reed.edu
2. Wikipedia. (2018.). Gustoća elektrona. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (11. lipnja 2014.). Definicija gustoće elektrona. Oporavilo od: misel.com
4. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrirani pojmovnik organske kemije: gustoća elektrona. Oporavak od: chem.ucla.edu
5. Kemija LibreTexts. (29. studenog 2018.). Atomske veličine i raspodjele gustoće elektrona. Oporavak od: chem.libretexts.org
6. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organska kemija. Amini. (10 ^th Edition,). Wiley Plus.
7. Carey F. (2008). Organska kemija. (Šesto izdanje). Mc Graw Hill.