Vad är elektronisk densitet?

den elektronisk densitet det är ett mått på hur sannolikt det är att hitta elektronen i en viss region i rymden; antingen runt en atomkärna, eller i "grannskap" inom molekylstrukturerna.

Ju högre koncentrationen av elektroner vid en given punkt, desto större är elektrondensiteten och därför kommer den att särskiljas från omgivningen och uppvisa vissa egenskaper som förklarar kemisk reaktivitet. Ett grafiskt och utmärkt sätt att representera ett sådant koncept är genom elektrostatisk potentiell karta.

Exempelvis visas strukturen hos S-karnitin-enantiomeren med dess motsvarande elektrostatiska potentialkarta i den övre bilden. En skala som består av regnbågens färger kan observeras: röd för att indikera regionen med större elektronisk densitet och blå för den regionen som är dålig i elektroner.

När molekylen är traverserad från vänster till höger flyttar vi bort från gruppen -CO₂^- mot skelettet CH₂-CHOH-CH₂, där färgerna är gula och gröna, vilket indikerar en minskning av den elektroniska densiteten; till gruppen -N (CH₃)₃⁺, den fattigaste elektronregionen, blå.

I allmänhet är de regioner där den elektroniska densiteten är låg (de gula och gröna färgerna) minst reaktiva i en molekyl.

index

• 1 koncept
• 2 Elektrostatisk potentiell karta
  • 2.1 Jämförelse av färger
  • 2.2 Kemisk reaktivitet
• 3 Elektronisk densitet i atomen
• 4 referenser

koncept

Mer än kemi är elektronisk densitet fysisk naturen, eftersom elektronerna inte förblir statiska, men reser från en sida till en annan, som skapar elektriska fält.

Och variationen i dessa fält härstammar från skillnaderna i de elektroniska densiteterna i van der Waals ytor (alla de ytor av sfärer).

Strukturen av S-karnitin representeras av en modell av sfärer och stavar, men om det vore av deras van der Waals-ytan, försvinner stänger och observera endast en uppsättning caked sfärer (med samma färger).

Elektroner kommer sannolikt att prowl kring de mer elektronegativa atomerna; emellertid kan det finnas mer än en elektronegativ atom i molekylstrukturen, och därför grupper av atomer som också utövar sin egen induktiva effekt.

Det betyder att det elektriska fältet varierar mer än vad man kan förutsäga genom att observera en molekyl i krångelflugorna. det vill säga det kan vara mer eller mindre polarisation av negativa laddningar eller elektronisk densitet.

Detta kan också förklaras enligt följande: fördelningen av avgifter blir mer homogen.

Elektrostatisk potentiell karta

Exempelvis lockar -OH-gruppen för att ha en syreatom elektrondensiteten hos dess närliggande atomer; emellertid i S-karnitinen ger den en del av sin elektroniska densitet till gruppen -CO₂^-, medan man samtidigt lämnar gruppen -N (CH₃)₃⁺ med större elektronisk brist.

Observera att det kan vara mycket komplicerat att avleda hur de induktiva effekterna fungerar i en komplex molekyl, såsom ett protein.

För att få en överblick över sådana skillnader i de elektriska fälten i strukturen används beräkningsberäkningen av elektrostatiska potentiella kartor.

Dessa beräkningar består av att placera en positiv punktladdning och flytta den längs molekylens yta; där det finns mindre elektronisk densitet kommer det att bli elektrostatisk avstängning, och ju högre avstängning desto intensiv blir den blå färgen.

Där den elektroniska densiteten är större kommer det att finnas en stark elektrostatisk attraktion, representerad av den röda färgen.

Beräkningarna tar hänsyn till alla strukturella aspekter, länkens dipolmoment, de induktiva effekterna som orsakas av alla högt elektronegativa atomer etc. Och som ett resultat får du de färgglada ytorna och den visuella överklagan.

Jämförelse av färger

Ovan är den elektrostatiska potentiella kartan för en bensenmolekyl. Observera att i mitten av ringen finns en högre elektrondensitet, medan dess "punkter" är av blåaktig färg på grund av de mindre elektronegativa väteatomerna. Denna fördelning av avgifter beror också på bensens aromatiska karaktär.

På den här kartan observeras även de gröna och gula färgerna, vilket indikerar approximationerna till de fattiga och elektronrika regionerna.

Dessa färger har sin egen skala, som skiljer sig från S-karnitin; och därför är det inte korrekt att jämföra -CO-gruppen₂^- och centrum av den aromatiska ringen, båda representerade av den röda färgen på deras kartor.

Om båda behöll samma färgskala, skulle det visa att den röda färgen på bensenkartan var från en svag orange. Under denna standardisering kan de elektrostatiska potentiella kartorna jämföras, och därför de elektroniska densiteterna hos flera molekyler.

Om inte, skulle kartan bara tjäna för att veta laddningsfördelningarna för en enskild molekyl.

Kemisk reaktivitet

Observation av en karta över elektrostatisk potential och därmed regioner med höga och låga elektroniska densiteter kan förutsägas (dock inte i alla fall) där kemiska reaktioner kommer att inträffa i molekylstruktur.

Regioner med hög elektrondensitet kan "ge" sina elektroner till omgivande arter som kräver eller behöver dem. till dessa arter, negativt laddade, E⁺, de är kända som elektrofiler.

Därför kan elektrofilerna reagera med de grupper som representeras av den röda färgen (-CO-gruppen)₂^- och mitten av bensenringen).

Medan regioner med låg elektrondensitet reagerar de med negativt laddade arter, eller med de som har elektronfria par att dela; sistnämnda är kända som nukleofiler.

I fallet med gruppen -N (CH₃)₃⁺, det kommer att reagera på ett sådant sätt att kväveatomen får elektroner (minskas).

Elektronisk densitet i atomen

I atomen rör sig elektronerna med enorma hastigheter och kan ligga i flera områden i rymden samtidigt.

Men när kärnans avstånd ökar förvärvar elektronerna elektronisk potentiell energi och den probabilistiska fördelningen av dem minskar.

Det betyder att en atoms elektroniska moln inte har en bestämd gräns, men suddig. Därför är det inte lätt att beräkna atomradiusen; om inte det finns grannar som etablerar en skillnad i avstånden mellan deras kärnor, vars halva kan tas som atomradie (r = d / 2).

De atoma orbitalerna och deras funktioner av radiella och vinkliga vågor visar hur den elektroniska densiteten är modifierad beroende på avståndet som skiljer dem från kärnan.

referenser

1. Reed College. (N.D.). Vad är elektrondensitet? ROCO. Hämtad från: reed.edu
2. Wikipedia. (2018). Elektrondensitet. Hämtad från: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 juni 2014). Elektrondensitetsdefinition. Hämtad från: thoughtco.com
4. Steven A. Hardinger. (2017). Illustrerad ordlista för organisk kemi: Elektrondensitet. Hämtad från: chem.ucla.edu
5. Kemi LibreTexts. (29 november 2018). Atomiska storlekar och elektrondensitetsfördelningar. Hämtad från: chem.libretexts.org
6. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kemi. Aminer. (10^th upplagan.). Wiley Plus.
7. Carey F. (2008). Organisk kemi (Sjätte upplagan). Mc Graw Hill.