De elektrontetthet det er et mål på hvor sannsynlig det er å finne elektronet i et gitt område av rommet; enten rundt en atomkjerne, eller i "nabolagene" innenfor molekylære strukturer.
Jo høyere konsentrasjonen av elektroner på et gitt punkt, jo høyere elektrondensitet, og derfor vil den skille seg fra omgivelsene og vil utvise visse egenskaper som forklarer den kjemiske reaktiviteten. En utmerket og grafisk måte å representere et slikt konsept på er gjennom elektrostatisk potensial kart.
For eksempel viser det øvre bildet strukturen til S-karnitin-enantiomeren med dets tilsvarende elektrostatiske potensialkart. En skala som består av regnbuens farger kan observeres: rød for å indikere regionen med den høyeste elektrontettheten, og blå for den regionen som har dårlig elektron..
Når molekylet krysses fra venstre til høyre, beveger vi oss bort fra -CO-gruppento- mot skjelett CHto-CHOH-CHto, der fargene er gule og grønne, noe som indikerer en reduksjon i elektrontetthet; opp til gruppe -N (CH3)3+, den fattigste regionen av elektroner, farget blå.
Vanligvis er regionene der elektrondensiteten er lav (de farget gule og grønne) minst reaktive i et molekyl..
Artikkelindeks
Mer enn kjemisk er elektrontettheten fysisk av natur, fordi elektroner ikke forblir statiske, men reiser fra den ene siden til den andre og skaper elektriske felt..
Og variasjonen av disse feltene forårsaker forskjellene i elektrontettheten i van der Waals-overflatene (alle disse overflatene av kuler).
Strukturen til S-karnitin er representert av en modell av kuler og stenger, men hvis det var ved van der Waals-overflaten, ville stengene forsvinne og bare et kaket sett med kuler ville bli observert (med samme farger).
Det er mer sannsynlig at elektroner er rundt de mer elektronegative atomer; Det kan imidlertid være mer enn ett elektronegativt atom i molekylstrukturen, og derfor er grupper av atomer som også utøver sin egen induktive effekt.
Dette betyr at det elektriske feltet varierer mer enn man kan forutsi ved å observere et molekyl fra et fugleperspektiv; det vil si at det kan være mer eller mindre polarisering av negative ladninger eller elektrontetthet.
Dette kan også forklares som følger: lastfordelingen blir mer homogen.
For eksempel, fordi -OH-gruppen har et oksygenatom, tiltrekker den den elektroniske tettheten til sine nærliggende atomer; i S-karnitin gir det imidlertid en del av sin elektrontetthet til -CO-gruppento-, mens du samtidig forlater gruppen -N (CH3)3+ med større elektronisk mangel.
Merk at det kan være veldig vanskelig å utlede hvordan induktive effekter fungerer i et komplekst molekyl, for eksempel et protein..
For å ha en oversikt for hånden av slike forskjeller i de elektriske feltene i strukturen, brukes beregningsberegningen av de elektrostatiske potensialkartene..
Disse beregningene består i å plassere en positiv punktladning og flytte den langs overflaten av molekylet; der det er mindre elektrondensitet, vil det være elektrostatisk frastøting, og jo høyere frastøting, desto mer intens blir den blå fargen.
Der elektrondensiteten er høyere, vil det være en sterk elektrostatisk tiltrekning, representert av fargen rød.
Beregningene tar hensyn til alle strukturelle aspekter, dipolmomentene til bindingene, de induktive effektene forårsaket av alle de svært elektronegative atomer, etc. Og som et resultat får du de fargerike og visuelt tiltalende overflatene..
Ovenfor er det elektrostatiske potensialkartet for et benzenmolekyl. Merk at i midten av ringen er det en høyere elektrondensitet, mens dens "spisser" er blåaktig i fargen på grunn av de mindre elektronegative hydrogenatomer. Likeledes skyldes denne fordelingen av ladninger den aromatiske karakteren av benzen.
På dette kartet blir også fargene grønt og gult observert, noe som indikerer tilnærmingene til regionene fattige og rike på elektroner..
Disse fargene har sin egen skala, forskjellig fra S-karnitin; og derfor er det feil å sammenligne gruppen -COto- og midten av den aromatiske ringen, begge representert med fargen rød på kartene.
Hvis de begge hadde samme fargeskala, ville den røde fargen på benzenkartet bli sett til å bli en svak oransje. Under denne standardiseringen kan de elektrostatiske potensialkartene, og derfor elektrontettheten til forskjellige molekyler, sammenlignes..
Ellers ville kartet bare tjene til å kjenne ladningsfordelingen for et enkelt molekyl..
Ved å observere et kart over elektrostatisk potensial, og derfor regioner med høy og lav elektrontetthet, kan det forutsies (selv om det ikke i alle tilfeller) hvor kjemiske reaksjoner vil forekomme i molekylstrukturen..
Regioner med høy elektrontetthet er i stand til å "gi" elektronene sine til omkringliggende arter som trenger dem eller trenger dem; til disse artene, negativt ladet, E+, de er kjent som elektrofiler.
Derfor kan elektrofiler reagere med gruppene representert av fargen rød (-COto- og midten av benzenringen).
Mens regionene med lav elektrondensitet reagerer med negativt ladede arter, eller med de som har gratis par elektroner å dele; sistnevnte er kjent som nukleofiler.
I tilfelle av -N (CH3)3+, den vil reagere på en slik måte at nitrogenatomet får elektroner (reduserer).
I atomet beveger elektronene seg i enorme hastigheter og kan være i flere områder av rommet samtidig.
Imidlertid, når avstanden fra kjernen øker, får elektronene elektronisk potensiell energi og deres sannsynlige fordeling avtar..
Dette betyr at de elektroniske skyene til et atom ikke har en definert grense, men en uskarp. Derfor er det ikke lett å beregne atomradiusen; Med mindre det er naboer som etablerer en forskjell i avstandene til kjernene, hvorav halvparten kan tas som atomradius (r = d / 2).
Atomiske orbitaler, og deres radiale og vinklede bølgefunksjoner, viser hvordan elektrondensitet endres som en funksjon av avstanden som skiller dem fra kjernen..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.