KOKS YRA ELEKTRONŲ TANKIS? - CHEMIJA - 2025

Elektronų tankis yra apie tai, kaip tikėtina, yra priemonė , kad rasti į tam tikro regiono vietos elektroną; arba aplink atominį branduolį, arba „kaimynystėse“, esančiose molekulių struktūrų viduje.

Kuo didesnė elektronų koncentracija tam tikrame taške, tuo didesnis elektronų tankis, todėl jis bus išskirtas iš jo aplinkos ir pasižymės tam tikromis savybėmis, kurios paaiškina cheminį reaktyvumą. Puikus grafinis būdas pateikti tokią sąvoką yra elektrostatinis potencialo žemėlapis.

Šaltinis: Manuelio Almagro Rivas per Vikipediją

Pavyzdžiui, viršutiniame paveikslėlyje pavaizduota S-karnitino enantiomero struktūra su atitinkamu elektrostatinio potencialo žemėlapiu. Galima pastebėti skalę, susidedančią iš vaivorykštės spalvų: raudona - tai regionas, turintis didžiausią elektronų tankį, ir mėlyna - ta sritis, kurioje trūksta elektronų.

Kai molekulė judama iš kairės į dešinę, mes judame iš –CO ₂ ^grupės link CH _{2 –} CHOH – CH ₂ skeleto , kur spalvos yra geltonos ir žalios, nurodant elektronų tankio sumažėjimą; iki -N (CH ₃ ) ₃ ^{+ grupės} , labiausiai elektronų skurdi sritis, mėlynos spalvos.

Paprastai regionai, kuriuose mažas elektronų tankis (geltonos ir žalios spalvos) yra mažiausiai reaktyvūs molekulėje.

Koncepcija

Daugiau nei cheminis, elektronų tankis yra fizinio pobūdžio, nes elektronai neišlieka statiniai, bet keliauja iš vienos pusės į kitą sukurdami elektrinius laukus.

Šių laukų kitimas lemia elektronų tankio skirtumus van der Waalso paviršiuose (visuose sferų paviršiuose).

S-karnitino struktūra yra pavaizduota sferų ir strypų modeliu, tačiau jei tai būtų jo van der Waalso paviršius, strypai išnyktų ir būtų stebimas tik užfiksuotas sferų rinkinys (su tomis pačiomis spalvomis).

Elektronai yra labiau linkę į daugiau elektroneigiamų atomų; tačiau molekulinėje struktūroje gali būti daugiau nei vienas elektroneigiamas atomas, todėl atomų grupės taip pat turi savo indukcinį poveikį.

Tai reiškia, kad elektrinis laukas skiriasi daugiau, nei galima nuspėti stebint molekulę iš paukščio skrydžio; y., gali būti daugiau ar mažiau neigiamų krūvių ar elektronų tankio poliarizacija.

Tai taip pat galima paaiškinti taip: krūvių pasiskirstymas tampa homogeniškesnis.

Elektrostatinis potencialo žemėlapis

Pavyzdžiui, kadangi -OH grupė turi deguonies atomą, ji pritraukia kaimyninių atomų elektroninį tankį; tačiau S-karnitinas dalį savo elektronų tankio suteikia –CO ₂ ^{- grupei} , tuo pačiu palikdamas –N (CH ₃ ) ₃ ^{+ grupę} su didesniu elektroniniu trūkumu.

Atminkite, kad gali būti labai sunku nustatyti, kaip indukcinis poveikis veikia sudėtingą molekulę, pavyzdžiui, baltymą.

Norint gauti tokių elektrinių laukų skirtumų struktūroje apžvalgą, naudojami skaičiavimai, keliantys elektrostatinio potencialo žemėlapius.

Šie skaičiavimai susideda iš teigiamo taškinio krūvio įdėjimo ir jo judėjimo palei molekulės paviršių; ten, kur yra mažesnis elektronų tankis, bus elektrostatinė atstūmė, o kuo didesnė atstūmė, tuo mėlyna spalva bus ryškesnė.

Kur elektronų tankis didesnis, pastebimas stiprus elektrostatinis patrauklumas, kurį apibūdina raudona spalva.

Skaičiavimuose atsižvelgiama į visus konstrukcinius aspektus, jungčių dipolio momentus, visų labai elektroneigiamų atomų sukeltą indukcinį poveikį ir kt. Dėl to jūs gaunate tuos spalvingus ir vizualiai patrauklius paviršius.

Spalvų palyginimas

Šaltinis: „Wikimedia Commons“

Viršuje yra benzeno molekulės elektrostatinis potencialo žemėlapis. Atkreipkite dėmesį, kad žiedo centre yra didesnis elektronų tankis, o jo „galiukai“ yra melsvos spalvos dėl mažiau elektroneigiamų vandenilio atomų. Taip pat šis krūvių pasiskirstymas yra susijęs su benzeno aromatine savybe.

Šiame žemėlapyje taip pat pastebimos žalios ir geltonos spalvos, rodančios apytikslius regionus, kuriuose skurdi ir turtinga elektronų.

Šios spalvos turi savo skalę, skiriasi nuo S-karnitino; todėl neteisinga lyginti grupę -CO ₂ ^- ir aromatinio žiedo centrą, abu jų žemėlapiuose pažymėti raudona spalva.

Jei jie abu išlaikytų tą pačią spalvų skalę, raudona spalva benzeno žemėlapyje galėtų tapti silpnai oranžine spalva. Pagal šį standartizavimą galima palyginti elektrostatinį potencialo žemėlapius, taigi ir įvairių molekulių elektronų tankį.

Priešingu atveju žemėlapis tik žinotų atskiros molekulės krūvio pasiskirstymą.

Cheminis reaktyvumas

Stebint elektrostatinio potencialo žemėlapį, taigi ir regionus, kuriuose yra didelis ir mažas elektronų tankis, galima numatyti (nors ne visais atvejais), kur įvyks cheminės reakcijos molekulinėje struktūroje.

Regionai, kuriuose yra didelis elektronų tankis, geba „tiekti“ savo elektronus aplinkinėms rūšims, kurioms jų reikia ar reikia; Šios neigiamai įkrautos rūšys E ⁺ yra žinomos kaip elektrofilai.

Todėl elektrofilai gali reaguoti su grupėmis, kurias vaizduoja raudona spalva (–CO ₂ ^{- grupė} ir benzeno žiedo centras).

Nors regionai, turintys mažą elektronų tankį, reaguoja su neigiamai įkrautomis rūšimis arba su tomis, kurios turi laisvas elektronų poras dalintis; pastarieji yra žinomi kaip nukleofilai.

-N (CH ₃ ) ₃ ^{+ grupės} atveju jis sureaguos taip, kad azoto atomas įgyja elektronus (sumažėja).

Elektronų tankis atome

Atomoje elektronai juda didžiuliu greičiu ir gali būti keliuose kosmoso regionuose tuo pačiu metu.

Tačiau didėjant atstumui nuo branduolio, elektronai įgyja elektroninę potencialo energiją ir jų tikimybinis pasiskirstymas mažėja.

Tai reiškia, kad elektroniniai atomo debesys neturi apibrėžtos ribos, o neryškūs. Todėl nėra lengva apskaičiuoti atominį spindulį; nebent yra kaimynų, nustatančių skirtumą tarp jų branduolių, kurių pusę galima laikyti atominio spinduliu (r = d / 2).

Atominės orbitos ir jų radialinių bei kampinių bangų funkcijos parodo, kaip keičiasi elektronų tankis priklausomai nuo atstumo nuo branduolio.

Nuorodos

1. Nendrių kolegija. (sf). Koks yra elektronų tankis? ROKAS. Atgauta iš: reed.edu
2. Vikipedija. (2018 m.). Elektronų tankis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2014 m. Birželio 11 d.). Elektronų tankio apibrėžimas. Atgauta iš: thinkco.com
4. Stevenas A. Hardingeris. (2017). Iliustruotas organinės chemijos žodynėlis: elektronų tankis. Atkurta iš: chem.ucla.edu
5. Chemija „LibreTexts“. (2018 m. Lapkričio 29 d.). Atominiai dydžiai ir elektronų tankio pasiskirstymas. Atkurta iš: chem.libretexts.org
6. Grahamas Solomonsas TW, Craigas B. Fryhle'as. (2011). Organinė chemija. Aminai. (10 ^-asis leidimas). „Wiley Plus“.
7. Carey F. (2008). Organinė chemija. (Šeštas leidimas). Mc Graw Hill.