Wat is elektronische dichtheid?



de elektronische dichtheid het is een maat voor hoe waarschijnlijk het is om het elektron in een bepaald gebied in de ruimte te vinden; hetzij rond een atoomkern, of in de "buurten" binnen de moleculaire structuren.

Hoe hoger de concentratie van elektronen op een bepaald punt, des te groter de elektronendichtheid, en daarom zal het van zijn omgeving worden onderscheiden en bepaalde kenmerken vertonen die de chemische reactiviteit verklaren. Een grafische en uitstekende manier om zo'n concept te vertegenwoordigen is via de elektrostatische potentiaalkaart.

De structuur van het S-carnitine enantiomeer met de bijbehorende elektrostatische potentiaalkaart wordt bijvoorbeeld in het bovenste beeld getoond. Een schaal samengesteld door de kleuren van de regenboog kan worden waargenomen: rood om het gebied van grotere elektronische dichtheid aan te geven, en blauw voor dat gebied arm aan elektronen.

Terwijl het molecuul van links naar rechts wordt doorlopen, gaan we weg van de groep -CO2- naar het skelet CH2-CHOH-CH2, waar de kleuren geel en groen zijn, wat wijst op een afname in elektronische dichtheid; naar de groep -N (CH3)3+, het armste elektrongebied, blauw.

Over het algemeen zijn de regio's waar de elektronische dichtheid laag is (de gele en groene kleuren) het minst reactief in een molecuul.

index

  • 1 Concept
  • 2 Elektrostatische potentiaalkaart
    • 2.1 Vergelijking van kleuren
    • 2.2 Chemische reactiviteit
  • 3 Elektronische dichtheid in het atoom
  • 4 Referenties

concept

Meer dan chemie is elektronische dichtheid fysiek van aard, omdat elektronen niet statisch blijven, maar van de ene naar de andere kant reizen waardoor elektrische velden ontstaan.

En de variatie van deze velden komt voort uit de verschillen in de elektronische dichtheden in de oppervlakken van van der Waals (al die oppervlakken van bollen).

De structuur van S-carnitine wordt weergegeven door een model van bollen en staven, maar als het hun van der Waals oppervlak verdwijnt bars en acht slechts één set aangekoekt bolletjes (met dezelfde kleuren).

Het is waarschijnlijker dat elektronen rond de meer elektronegatieve atomen rondsnuffelen; er kan echter meer dan één electronegative atoom in de moleculaire structuur zijn, en daarom, groepen van atomen die ook hun eigen inductieve effect uitoefenen.

Dit betekent dat het elektrische veld meer varieert dan kan worden voorspeld door een molecuul in vogelvlucht te observeren; dat wil zeggen, er kan meer of minder polarisatie zijn van negatieve ladingen of elektronische dichtheid.

Dit kan ook als volgt worden verklaard: de verdeling van heffingen wordt homogener.

Elektrostatische potentiaalkaart

De -OH-groep voor het hebben van een zuurstofatoom trekt bijvoorbeeld de elektronendichtheid van zijn naburige atomen aan; echter, in de S-carnitine geeft het een deel van zijn elektronische dichtheid aan de groep -CO2-, terwijl op hetzelfde moment de groep -N (CH3)3+ met grotere elektronische tekortkoming.

Merk op dat het heel ingewikkeld kan zijn om te concluderen hoe de inductieve effecten werken in een complex molecuul, zoals een eiwit.

Om een ​​overzicht te hebben van dergelijke verschillen in de elektrische velden in de structuur, wordt een berekening van de berekening van elektrostatische potentiaalkaarten gebruikt.

Deze berekeningen bestaan ​​uit het plaatsen van een positieve puntlading en het verplaatsen ervan langs het oppervlak van het molecuul; waar er minder elektronendichtheid, elektrostatische afstoting wil en grotere afstoting, hoe intenser de blauwe.

Waar de elektronische dichtheid groter is, zal er een sterke elektrostatische aantrekking zijn, voorgesteld door de rode kleur.

De berekeningen houden rekening met alle structurele aspecten, de dipoolmomenten van de schakels, de inductieve effecten veroorzaakt door alle sterk elektronegatieve atomen, enz. En als resultaat krijg je die kleurrijke oppervlakken en visuele aantrekkelijkheid.

Vergelijking van kleuren

Hierboven ziet u de kaart van de elektrostatische potentiaal voor een benzeenmolecuul. Merk op dat in het midden van de ring er een hogere elektronendichtheid is, terwijl de "punten" van een blauwe kleur zijn, vanwege de minder elektronegatieve waterstofatomen. Ook is deze verdeling van ladingen te wijten aan het aromatische karakter van benzeen.

In deze kaart worden ook de groene en gele kleuren waargenomen, die de benaderingen aangeven voor de arme en elektronenrijke regio's.

Deze kleuren hebben hun eigen schaal, verschillend van die van S-carnitine; en daarom is het onjuist om de -CO-groep te vergelijken2- en het midden van de aromatische ring, beide voorgesteld door de rode kleur op hun kaarten.

Als beide dezelfde kleurenschaal zouden behouden, zou dit aantonen dat de rode kleur op de kaart met benzeen veranderde van een vage sinaasappel. Onder deze standaardisatie kunnen de elektrostatische potentiaalkaarten worden vergeleken, en daarmee de elektronische dichtheden van verschillende moleculen.

Zo niet, dan zou de kaart alleen dienen om de ladingsverdelingen voor een individueel molecuul te kennen.

Chemische reactiviteit

Het waarnemen van een kaart van elektrostatisch potentieel, en daarom gebieden met hoge en lage elektronische dichtheden, kan worden voorspeld (maar niet in alle gevallen) waar chemische reacties zullen plaatsvinden in de moleculaire structuur.

Regio's met een hoge elektronendichtheid kunnen hun elektronen "voorzien" aan omliggende soorten die ze nodig hebben of nodig hebben; voor deze soorten, negatief geladen, E+, ze staan ​​bekend als elektrofielen.

Daarom kunnen de elektrofielen reageren met de groepen die worden weergegeven door de rode kleur (de -CO-groep)2- en het midden van de benzeenring).

Hoewel ze gebieden met een lage elektronendichtheid hebben, reageren ze met negatief geladen soorten, of met die met elektronenvrije paren om te delen; de laatste staan ​​bekend als nucleofielen.

In het geval van de groep -N (CH3)3+, het zal op een zodanige manier reageren dat het stikstofatoom elektronen krijgt (wordt gereduceerd).

Elektronische dichtheid in het atoom

In het atoom bewegen de elektronen met enorme snelheden en kunnen tegelijkertijd in verschillende gebieden van de ruimte zijn.

Naarmate de afstand van de kern toeneemt, verwerven de elektronen echter elektronische potentiële energie en neemt de probabilistische verdeling ervan af.

Dit betekent dat de elektronische wolken van een atoom geen gedefinieerde grens hebben, maar wazig zijn. Daarom is het niet eenvoudig om de atomaire straal te berekenen; tenzij je buren een verschil in de afstanden van de kernen vast te stellen, kan de helft van die worden genomen atomische radius (r = d / 2).

De atomaire orbitalen en hun functies van radiale en hoekgolven tonen hoe de elektronische densiteit wordt gewijzigd afhankelijk van de afstand die hen scheidt van de kern.

referenties

  1. Reed College. (N.D.). Wat is elektronendichtheid? Roco. Teruggeplaatst van: reed.edu
  2. Wikipedia. (2018). Elektrondichtheid. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 juni 2014). Definitie van elektronendichtheid. Teruggeplaatst van: thoughtco.com
  4. Steven A. Hardinger. (2017). Geïllustreerde verklarende woordenlijst van organische chemie: elektronendichtheid. Teruggeplaatst van: chem.ucla.edu
  5. Chemie LibreTexts. (29 november 2018). Atoomgroottes en verdelingen van de elektronendichtheid. Teruggeplaatst van: chem.libretexts.org
  6. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organische chemie. Aminen. (10th editie.). Wiley Plus.
  7. Carey F. (2008). Organische chemie (Zesde editie). Mc Graw Hill.