ШТА ЈЕ ГУСТИНА ЕЛЕКТРОНА? - ХЕМИЈА - 2025

Густина електрона је мера колико је вероватно да је да пронађу електрон у одређеном региону простора; било око атомског језгра, било у „кварту“ унутар молекуларних структура.

Што је већа концентрација електрона у одређеној тачки, већа је густина електрона и зато ће се разликовати од окружења и испољавати одређене карактеристике које објашњавају хемијску реактивност. Одличан графички начин представљања таквог концепта је кроз електростатичку карту потенцијала.

Извор: Мануел Алмагро Ривас путем Википедије

На пример, горња слика приказује структуру С-карнитин енантиомера са одговарајућом мапом електростатичког потенцијала. Може се уочити скала састављена од боја дуге: црвена која означава регион са највећом густином електрона, а плава за ону регију која је сиромашна електронима.

Како је молекул је прешао са лева на десно, идемо даље од -ЦО ₂ ^{- групе} према ЦХ ₂ -ЦХОХ-ЦХ ₂ скелета , где су боје жута и зелена, што указује на смањење електронске густине; до групу -Н (ЦХ ₃ ) ₃ ⁺ , највише електрон-сиромашан регион, обојеном плаво.

Опћенито, регије у којима је густина електрона мала (оне у жутој и зеленој боји) су најмање реактивне у молекули.

Концепт

Више него хемијска, густина електрона је физичке природе, јер електрони не остају статички, већ путују са једне на другу страну стварајући електрична поља.

А варијација ових поља изазива разлике у густоћи електрона на ван дер Ваалсовим површинама (свим оним површинама сфера).

Структура С-карнитина представљена је моделом сфера и шипки, али да је постојала његова ван дер Ваалсова површина, шипке би нестале и приметио би се само печени скуп сфера (истих боја).

Вероватније је да се електрони налазе око више електронегативних атома; међутим, може бити више од једног електронегативног атома у молекуларној структури, а самим тим и групе атома, које такође показују своје индуктивно дејство.

То значи да електрично поље варира више него што се може предвидети посматрањем молекула из птичје перспективе; то јест, може доћи до више или мање поларизације негативних наелектрисања или густине електрона.

То се такође може објаснити на следећи начин: дистрибуција набоја постаје хомогенија.

Електростатичка карта потенцијала

На пример, зато што -ОХ група има атом кисеоника, привлачи електронску густину својих суседних атома; међутим, у С-карнитина се одустаје део свог електронске густине на -ЦО ₂ ^{- групе} , док у исто време оставља -Н (ЦХ ₃ ) ₃ ^{+ групу} са недостатком већим електрона.

Имајте на уму да може бити веома тешко закључити како индуктивни ефекти делују на сложен молекул, као што је протеин.

Да бисте имали при руци преглед таквих разлика у електричним пољима у структури, користи се рачунски прорачун мапа електростатичког потенцијала.

Ова израчунавања састоје се од постављања позитивног тачканог набоја и померања истог по површини молекула; тамо где је мања густина електрона, доћи ће до електростатичког одбијања, а што је већа одбојност, то ће бити интензивнија плава боја.

Тамо где је густина електрона већа, постојаће снажна електростатичка привлачност, представљена црвеном бојом.

Прорачуни узимају у обзир све структуралне аспекте, диполске моменте веза, индуктивне ефекте које изазивају сви високо електронегативни атоми итд. И као резултат, добијате оне шарене и визуелно привлачне површине.

Поређење боја

Извор: Викимедиа Цоммонс

Изнад је карта електростатичког потенцијала за молекул бензена. Имајте на уму да у средини прстена постоји већа електронска густина, док су његови "врхови" плавкасте боје, због мање електронегативних атома водоника. Слично томе, ова расподела набоја је последица ароматичног карактера бензена.

На овој мапи су такође посматране боје зелена и жута, што указује на приближавање регионима сиромашним и богатим електронима.

Ове боје имају своју меру, различиту од С-карнитина; и стога је нетачно да се упореди групу -ЦО ₂ ^{- и} центар ароматичног прстена, како представљена црвену боју у својим мапама.

Када би обоје задржали исту лествицу боја, видело би се да црвена боја на карти бензена постаје благо наранџаста. Под овом стандардизацијом могу се упоредити мапе електростатичког потенцијала, а самим тим и густина електрона разних молекула.

У супротном, карта би служила само за познавање расподјеле набоја за поједини молекул.

Хемијска реактивност

Посматрањем мапе електростатичког потенцијала, а самим тим и региона са високом и ниском густином електрона, може се предвидјети (мада не у свим случајевима) где ће се у молекуларној структури дешавати хемијске реакције.

Региони са високом густином електрона способни су „давати“ своје електроне околним врстама којима је потребна или којима је потребна; Ове негативно наелектрисане врсте, Е ⁺ , познате су као електрофили.

Стога електрофили могу да реагују са групама представљене црвену боју (-ЦО ₂ ^{- групе} и центра бензенов прстен).

Док региони са ниском густином електрона реагују са негативно наелектрисаним врстама или са онима у којима имају слободни парови електрона за дељење; потоњи су познати као нуклеофили.

У случају -Н (ЦХ ₃ ) ₃ ^{+ групом} , она ће реаговати на такав начин да атом азота приходи електроне (смањи).

Густина електрона у атому

У атому се електрони крећу огромним брзинама и могу бити у више области простора истовремено.

Међутим, како се удаљеност од језгре повећава, електрони добијају електронску потенцијалну енергију и смањује се њихова вероватноћа расподеле.

То значи да електронски облаци атома немају дефинисану границу, већ замућену. Стога није лако израчунати атомски радијус; осим ако нема суседа који утврђују разлику у даљини својих језгара, од којих половина може бити узета као атомски радијус (р = д / 2).

Атомске орбитале и њихове радијалне и угаоне таласне функције показују како се густоћа електрона мења у зависности од удаљености од језгра.

Референце

1. Реед Цоллеге. (сф) Шта је густина електрона? РОЦО. Опоравак од: реед.еду
2. Википедиа. (2018). Густина електрона. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Хелменстине, др Анне Марие (11. јун 2014.). Дефиниција густине електрона. Опоравак од: тхинкцо.цом
4. Стевен А. Хардингер (2017). Илустровани речник органске хемије: густина електрона. Опоравак од: цхем.уцла.еду
5. Цхемистри ЛибреТектс. (29. новембар 2018). Атомске величине и расподјела густине електрона. Опоравак од: цхем.либретектс.орг
6. Грахам Соломонс ТВ, Цраиг Б. Фрихле. (2011). Органска хемија. Амини. (10 ^Тх издање.). Вилеи Плус.
7. Цареи Ф. (2008). Органска хемија. (Шесто издање). Мц Грав Хилл.