HVA ER ELEKTRON TETTHET? - KJEMI - 2026

Den elektrontettheten er et mål på hvor sannsynlig det er å finne den elektron i et spesielt område av plass; enten rundt en atomkjerne, eller i "nabolagene" innenfor molekylære strukturer.

Jo høyere konsentrasjon av elektroner på et gitt punkt, jo høyere er elektrontettheten, og derfor vil den skille seg fra omgivelsene og vil utvise visse egenskaper som forklarer den kjemiske reaktiviteten. En utmerket grafisk måte å representere et slikt konsept på er gjennom det elektrostatiske potensialkartet.

Kilde: Manuel Almagro Rivas via Wikipedia

For eksempel viser det øvre bildet strukturen til S-karnitin-enantiomeren med det tilsvarende elektrostatiske potensialkart. En skala sammensatt av regnbuens farger kan observeres: rød for å indikere det området med høyest elektrontetthet, og blått for det området som er dårlig i elektroner.

Når molekylet er krysset fra venstre mot høyre, beveger vi oss bort fra -CO ₂ ^{- gruppen} mot CH ₂ -CHOH-CH ₂ skjelettet , hvor fargene er gule og grønne, noe som indikerer en reduksjon i elektron tetthet; opp til gruppen -N (CH ₃ ) ₃ ⁺ , den mest elektronfattige regionen, farget blå.

Generelt er områdene der elektrontettheten er lav (de fargede gule og grønne) de minst reaktive i et molekyl.

Konsept

Mer enn kjemisk er elektrontettheten fysisk i naturen, fordi elektronene ikke forblir statiske, men reiser fra den ene siden til den andre og skaper elektriske felt.

Og variasjonen av disse feltene forårsaker forskjeller i elektronstettheten i van der Waals-overflatene (alle områdene på kulene).

Strukturen til S-karnitin er representert av en modell av kuler og stenger, men hvis den var av van der Waals overflate, ville stolpene forsvinne og bare et kaket sett kuler (med de samme fargene) ville bli observert.

Det er mer sannsynlig at elektron er rundt de mer elektronegative atomene; Imidlertid kan det være mer enn ett elektronegativt atom i molekylstrukturen, og derfor 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 de negative ladningene eller av elektrontettheten.

Dette kan også forklares på følgende måte: fordelingen av ladningene blir mer homogen.

Elektrostatisk potensiell kart

Fordi -OH-gruppen for eksempel har et oksygenatom, tiltrekker den den elektroniske tettheten til sine nærliggende atomer; imidlertid, i S-karnitin det gir en del av sin elektrontettheten til den -CO ₂ ^{- gruppe} , mens på samme tid den forlater -N (CH ₃ ) ₃ ^{+ gruppe} med en større elektronisk mangel.

Merk at det kan være veldig vanskelig å konkludere hvordan induktive effekter virker på et komplekst molekyl, for eksempel et protein.

For å ha en praktisk oversikt over slike forskjeller i de elektriske feltene i strukturen, brukes beregningsberegningen av de elektrostatiske potensialkartene.

Disse beregningene består av å plassere en positiv punktladning og bevege den langs overflaten av molekylet; der det er mindre elektron tetthet, vil det være elektrostatisk frastøtning, og med større frastøtning, jo mer intens blir den blå fargen.

Der elektrontettheten er høyere, vil det være en sterk elektrostatisk attraksjon, representert av fargen rød.

Beregningene tar hensyn til alle strukturelle aspekter, bindingsens dipolmomenter, induktive effekter forårsaket av alle de meget elektronegative atomene, etc. Og som et resultat får du de fargerike og visuelt tiltalende overflatene.

Fargesammenligning

Kilde: Wikimedia Commons

Over er det elektrostatiske potensialkartet for et benzenmolekyl. Legg merke til at i midten av ringen er det en høyere elektron-tetthet, mens dens "tips" er blåaktige på grunn av de mindre elektronegative hydrogenatomene. På samme måte skyldes denne fordeling av ladninger benzenens aromatiske karakter.

På dette kartet blir fargene grønne og gule også observert, noe som indikerer tilnærminger til regionene som er fattige og rike på elektroner.

Disse fargene har sin egen skala, forskjellig fra S-karnitin; og derfor er det feil å sammenligne gruppen -CO ₂ ^- og midten av den aromatiske ringen, begge representert med fargen rød på kartene sine.

Hvis de begge hadde den samme fargeskalaen, vil den røde fargen på benzenkartet bli en svak oransje. Under denne standardiseringen kan de elektrostatiske potensielle kartene, og derfor elektrontettheten til forskjellige molekyler, sammenlignes.

Ellers ville kartet bare tjene til å kjenne ladningsfordelingene for et individuelt molekyl.

Kjemisk reaktivitet

Ved å observere et kart over elektrostatisk potensiale, og derfor regioner med høye og lave elektron-tettheter, kan det spås (selv om ikke i alle tilfeller) hvor kjemiske reaksjoner vil oppstå i molekylstrukturen.

Regioner med høy elektrontetthet er i stand til å "gi" elektronene sine til omkringliggende arter som har behov eller har behov for dem; Disse negativt ladede artene, E ⁺ , er kjent som elektrofiler.

Derfor kan elektrofiler reagere med gruppene representert med fargen rød (-CO ₂ ^{- gruppen} og sentrum av benzenringen).

Mens regionene med lav elektrontetthet, reagerer du med negativt ladede arter, eller med de som har gratis par elektroner å dele; sistnevnte er kjent som nukleofiler.

I tilfellet med den -N (CH ₃ ) ₃ ^{+ gruppe} , det vil reagere på en slik måte at det nitrogenatom får elektroner (reduseres).

Elektrontetthet i atomet

I atomet beveger elektroner seg med enorme hastigheter og kan være i flere områder i rommet samtidig.

Når avstanden fra kjernen øker, skaffer imidlertid elektronene elektronisk potensiell energi og deres sannsynlighetsfordeling avtar.

Dette betyr at de elektroniske skyene til et atom ikke har en definert grense, men en uskarpt en. Derfor er det ikke lett å beregne atomradiusen; med mindre det er naboer som konstaterer en forskjell i avstandene til kjernene deres, hvorav halvparten kan tas som atomradius (r = d / 2).

Atom orbitaler, og deres radiale og kantete bølgefunksjoner, demonstrerer hvordan elektrontettheten endres som en funksjon av avstand fra kjernen.

referanser

1. Reed College. (SF). Hva er elektron tetthet? ROCO. Gjenopprettet fra: reed.edu
2. Wikipedia. (2018). Elektrontetthet. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. juni 2014). Definisjon av elektrondensitet. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
4. Steven A. Hardinger. (2017). Illustrert Ordliste for organisk kjemi: Elektrontetthet. Gjenopprettet fra: chem.ucla.edu
5. Kjemi LibreTexts. (29. november 2018). Atomstørrelser og elektron tetthetsfordelinger. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
6. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kjemi. Aminer. (10 ^th edition.). Wiley Plus.
7. Carey F. (2008). Organisk kjemi. (Sjette utgave). Mc Graw Hill.