Apakah ketumpatan elektronik?



The ketumpatan elektronik ia adalah ukuran bagaimana kemungkinannya untuk mencari elektron di rantau ruang tertentu; sama ada di sekeliling nukleus atom, atau di "kawasan kejiranan" dalam struktur molekul.

Semakin tinggi kepekatan elektron pada titik tertentu, semakin besar kepadatan elektron, dan oleh itu, ia akan dibezakan dari persekitarannya dan mempamerkan ciri-ciri tertentu yang menerangkan kereaktifan kimia. Cara grafik dan cemerlang untuk mewakili konsep sedemikian adalah melalui peta potensi elektrostatik.

Sebagai contoh, struktur enansiom S-carnitine dengan peta berpotensi elektrostatiknya ditunjukkan di atas imej. Skala yang terdiri daripada warna pelangi boleh diperhatikan: merah untuk menunjukkan rantau kepadatan elektronik yang lebih besar, dan biru untuk rantau ini miskin dalam elektron.

Oleh kerana molekul dilalui dari kiri ke kanan, kita bergerak dari kumpulan -CO2- ke arah kerangka CH2-CHOH-CH2, di mana warna-warna kuning dan hijau, menunjukkan pengurangan ketumpatan elektronik; kepada kumpulan -N (CH3)3+, kawasan elektron termiskin, biru.

Secara amnya, kawasan di mana ketumpatan elektronik adalah rendah (warna kuning dan hijau) adalah reaktif-kurangnya dalam molekul.

Indeks

  • 1 Konsep
  • 2 peta potensi elektrostatik
    • 2.1 Perbandingan warna
    • 2.2 Kereaktifan kimia
  • Ketumpatan elektronik dalam atom
  • 4 Rujukan

Konsep

Lebih daripada kimia, ketumpatan elektronik adalah sifat fizikal, kerana elektron tidak tetap statik, tetapi bergerak dari satu sisi ke sisi lain yang mewujudkan medan elektrik.

Dan variasi bidang ini berasal dari perbezaan ketumpatan elektronik di permukaan van der Waals (semua lapisan permukaan).

Struktur S-carnitine diwakili oleh model sfera dan bar, tetapi jika ia untuk permukaan van der Waals, bar akan hilang dan hanya set bola yang matted akan diperhatikan (dengan warna yang sama).

Elektron akan lebih cenderung untuk mengelilingi lebih banyak atom elektronegatif; Walau bagaimanapun, mungkin terdapat lebih daripada satu atom elektronegatif dalam struktur molekul, dan oleh itu, kumpulan atom yang juga menggunakan kesan induktif mereka sendiri.

Ini bermakna bahawa medan elektrik berbeza daripada yang boleh diramalkan dengan memerhatikan molekul sebagai lalat gagak; iaitu, mungkin terdapat polarisasi caj negatif atau ketumpatan elektronik yang lebih atau kurang.

Ini juga boleh dijelaskan seperti berikut: pengagihan caj menjadi lebih homogen.

Peta potensi elektrostatik

Sebagai contoh, kumpulan OO untuk mempunyai atom oksigen menarik ketumpatan elektron atom jirannya; Walau bagaimanapun, dalam S-carnitine ia memberikan sebahagian kepadatan elektroniknya kepada kumpulan -CO2-, manakala pada masa yang sama meninggalkan kumpulan -N (CH3)3+ dengan kekurangan elektronik yang lebih besar.

Perhatikan bahawa ia boleh menjadi sangat rumit untuk membuat kesimpulan bagaimana kesan induktif berfungsi dalam molekul kompleks, seperti protein.

Untuk mendapatkan gambaran mengenai perbezaan tersebut dalam medan elektrik dalam struktur, pengiraan perhitungan peta potensi elektrostatik digunakan.

Pengiraan ini terdiri daripada meletakkan titik positif dan menggerakkannya di sepanjang permukaan molekul; di mana terdapat kurang ketumpatan elektronik, akan ada penolakan elektrostatik, dan semakin tinggi penolakan, semakin kuat warna biru akan menjadi.

Di mana kepadatan elektronik lebih besar, akan ada tarikan elektrostatik yang kuat, yang diwakili oleh warna merah.

Pengiraan mengambil kira semua aspek struktur, momen-momen dipole yang dipaut, kesan induktif yang disebabkan oleh semua atom elektronegatif yang sangat tinggi, dsb. Dan sebagai hasilnya, anda mendapat permukaan yang berwarna-warni dan daya tarikan visual.

Perbandingan warna

Di atas adalah peta potensi elektrostatik untuk molekul benzena. Perhatikan bahawa di tengah cincin terdapat ketumpatan elektron yang lebih tinggi, manakala "titik "nya adalah warna kebiruan, kerana atom hidrogen elektron kurang. Juga, pengagihan caj ini disebabkan oleh sifat aromatik benzena.

Dalam peta ini warna hijau dan kuning juga diperhatikan, menunjukkan anggaran untuk kawasan miskin dan elektron yang kaya.

Warna-warna ini mempunyai skala sendiri, berbeza dengan S-carnitine; dan oleh itu, adalah tidak betul untuk membandingkan kumpulan -CO2- dan pusat cincin aromatik, kedua-duanya diwakili oleh warna merah pada peta mereka.

Jika kedua-duanya mengekalkan skala warna yang sama, ia akan menunjukkan bahawa warna merah pada peta benzene bertukar dari oren yang lemah. Di bawah piawaian ini, peta potensi elektrostatik boleh dibandingkan, dan dengan itu, kepadatan elektronik beberapa molekul.

Jika tidak, peta hanya akan mengenali pengagihan caj untuk satu molekul individu.

Kereaktifan kimia

Mengamati peta potensi elektrostatik, dan oleh itu kawasan dengan kepadatan elektronik yang tinggi dan rendah, dapat diramalkan (walaupun tidak dalam semua keadaan) di mana tindak balas kimia akan terjadi dalam struktur molekul.

Kawasan yang mempunyai ketumpatan elektron yang tinggi mampu "memberikan" elektron mereka ke spesies di sekeliling yang menuntut atau memerlukannya; kepada spesies ini, dikenakan caj negatif, E+, mereka dikenali sebagai elektrofil.

Oleh itu, elektrofil boleh bertindak balas dengan kumpulan yang diwakili oleh warna merah (kumpulan -CO)2- dan pusat cincin benzena).

Walaupun kawasan dengan ketumpatan elektron rendah, mereka bertindak balas dengan spesies yang dikenakan negatif, atau dengan mereka yang mempunyai pasangan bebas elektron untuk berkongsi; yang kedua dikenali sebagai nukleofil.

Dalam kes kumpulan -N (CH3)3+, ia akan bertindak balas sedemikian rupa sehingga atom nitrogen memperoleh elektron (dikurangkan).

Ketumpatan elektronik dalam atom

Dalam atom, elektron bergerak dengan kelajuan yang besar dan boleh berada di beberapa kawasan ruang pada masa yang sama.

Walau bagaimanapun, apabila jarak nukleus bertambah, elektron memperoleh tenaga berpotensi elektronik dan pengedaran probabiliti mereka berkurangan.

Ini bermakna bahawa awan elektronik sesuatu atom tidak mempunyai sempadan yang jelas, tetapi kabur. Oleh itu, ia tidak mudah untuk mengira radius atom; melainkan jika terdapat jiran yang menegaskan perbezaan dalam jarak nukleus mereka, yang separuh boleh diambil sebagai radius atom (r = d / 2).

Orbital atom, dan fungsi gelombang radial dan sudutnya, menunjukkan bagaimana kepadatan elektronik diubah suai bergantung pada jarak yang memisahkan mereka dari nukleus.

Rujukan

  1. Reed College. (s.f.). Apakah kepadatan elektron? ROCO Diperolehi daripada: reed.edu
  2. Wikipedia. (2018). Ketumpatan elektron. Diperolehi daripada: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 Jun 2014). Definisi Ketumpatan Elektron. Diperolehi daripada: thoughtco.com
  4. Steven A. Hardinger. (2017). Glosari Illustrasi Kimia Organik: Ketumpatan elektron. Diperolehi daripada: chem.ucla.edu
  5. Chemistry FreeTexts. (29 November 2018). Saiz Atom dan Pengedaran Ketumpatan Elektron. Diperolehi daripada: chem.libretexts.org
  6. Graham Solomons T.W, Craig B. Fryhle. (2011). Kimia Organik. Amines (10th edisi.). Wiley Plus.
  7. Carey F. (2008). Kimia Organik (Edisi keenam). Mc Graw Hill.