De elektrontäthet det är ett mått på hur troligt det är att hitta elektronen i ett givet område av rymden; antingen runt en atomkärna eller i "stadsdelarna" inom molekylära strukturer.
Ju högre koncentrationen av elektroner vid en given punkt, desto högre elektrondensitet, och därför kommer den att särskiljas från omgivningen och uppvisa vissa egenskaper som förklarar den kemiska reaktiviteten. Ett utmärkt och grafiskt sätt att representera ett sådant koncept är genom elektrostatisk potentiell karta.
Till exempel visar den övre bilden strukturen för S-karnitin-enantiomeren med dess motsvarande elektrostatiska potentialkarta. En skala som består av regnbågens färger kan observeras: röd för att indikera regionen med den högsta elektrontätheten och blå för den regionen som är fattig med elektroner..
När molekylen korsas från vänster till höger flyttar vi oss bort från -CO-gruppentvå- mot skelett CHtvå-CHOH-CHtvå, där färgerna är gula och gröna, vilket indikerar en minskning av elektrontätheten; upp till grupp -N (CH3)3+, den fattigaste regionen av elektroner, färgad blå.
Generellt är de regioner där elektrontätheten är låg (de färgade gula och gröna) minst reaktiva i en molekyl..
Artikelindex
Mer än kemisk är elektrontätheten av fysisk karaktär, eftersom elektroner inte förblir statiska utan reser från en sida till en annan och skapar elektriska fält..
Och variationen i dessa fält orsakar skillnaderna i elektrontätheten i van der Waals-ytorna (alla dessa ytor på sfärer).
S-karnitins struktur representeras av en modell av sfärer och stänger, men om det vore av van der Waals-ytan skulle stavarna försvinna och endast en kakad uppsättning sfärer skulle observeras (med samma färger).
Det är mer sannolikt att elektroner finns runt de mer elektronegativa atomerna; emellertid kan det finnas mer än en elektronegativ atom i molekylstrukturen, och därför grupper av atomer som också utövar sin egen induktiva effekt.
Detta innebär att det elektriska fältet varierar mer än vad som kan förutses genom att observera en molekyl från fågelperspektiv; det vill säga det kan finnas mer eller mindre polarisering av negativa laddningar eller elektrontäthet.
Detta kan också förklaras på följande sätt: lastfördelningen blir mer homogen.
Till exempel, eftersom -OH-gruppen har en syreatom, attraherar den den elektroniska densiteten hos dess närliggande atomer; i S-karnitin ger det emellertid en del av sin elektrontäthet till -CO-gruppentvå-, samtidigt som man lämnar gruppen -N (CH3)3+ med större elektronisk brist.
Observera att det kan vara mycket svårt att dra slutsatsen hur induktiva effekter fungerar i en komplex molekyl, såsom ett protein..
För att ha en översikt över sådana skillnader i de elektriska fälten i strukturen används beräkningsberäkningen av de elektrostatiska potentialkartorna..
Dessa beräkningar består av att placera en positiv punktladdning och flytta den längs molekylens yta; där det finns mindre elektrondensitet kommer det att finnas elektrostatisk avstötning, och ju högre avstötning desto intensivare blir den blå färgen.
Där elektrontätheten är högre kommer det att finnas en stark elektrostatisk attraktion, representerad av färgen röd.
Beräkningarna tar hänsyn till alla strukturella aspekter, dipolmomenten för bindningarna, de induktiva effekterna som orsakas av alla de högelektronegativa atomerna etc. Och som ett resultat får du de färgglada och visuellt tilltalande ytorna..
Ovan är den elektrostatiska potentialkartan för en bensenmolekyl. Observera att i mitten av ringen finns en högre elektrontäthet, medan dess "spetsar" är blåaktiga på grund av de mindre elektronegativa väteatomerna. Likaså beror denna fördelning av laddningar på den aromatiska karaktären hos bensen.
På den här kartan observeras också färgerna grönt och gult, vilket visar ungefärliga regioner fattiga och rika på elektroner..
Dessa färger har sin egen skala, som skiljer sig från S-karnitin; och därför är det fel att jämföra gruppen -COtvå- och mitten av den aromatiska ringen, båda representerade av färgen röd på sina kartor.
Om de båda behöll samma färgskala, skulle den röda färgen på bensenkartan ses bli svag orange. Under denna standardisering kan de elektrostatiska potentialkartorna och därmed elektrontätheten för olika molekyler jämföras..
Annars skulle kartan endast tjäna på att känna till laddningsfördelningarna för en enskild molekyl..
Genom att observera en karta över elektrostatisk potential, och därmed regioner med höga och låga elektrontätheter, kan det förutsägas (även om det inte i alla fall) där kemiska reaktioner kommer att inträffa i molekylstrukturen..
Regioner med hög elektrontäthet kan "förse" sina elektroner till omgivande arter i behov eller i behov av dem; till dessa arter, negativt laddade, E+, de är kända som elektrofiler.
Därför kan elektrofiler reagera med de grupper som representeras av färgen röd (-COtvå- och mitten av bensenringen).
Medan regionerna med låg elektrontäthet reagerar med negativt laddade arter, eller med de som har fria elektronpar att dela; de senare är kända som nukleofiler.
När det gäller -N (CH3)3+, det kommer att reagera på ett sådant sätt att kväveatomen får elektroner (minskar).
I atomen rör sig elektronerna med enorma hastigheter och kan vara i flera rymdregioner samtidigt.
Men när avståndet från kärnan ökar förvärvar elektronerna elektronisk potentiell energi och deras sannolikhetsfördelning minskar..
Detta innebär att en atoms elektroniska moln inte har en definierad gräns utan en suddig. Därför är det inte lätt att beräkna atomradien; Såvida det inte finns grannar som skapar en skillnad i kärnornas avstånd, varav hälften kan tas som atomradie (r = d / 2).
Atomorbitaler och deras radiella och vinklade vågfunktioner visar hur elektrontätheten förändras som en funktion av avståndet som skiljer dem från kärnan..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.