ความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์คืออะไร

ความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์ เป็นการวัดว่ามีโอกาสมากน้อยเพียงใดที่จะพบอิเล็กตรอนในพื้นที่ที่กำหนด ไม่ว่าจะรอบอะตอมนิวเคลียสหรือใน "ละแวกใกล้เคียง" ภายในโครงสร้างโมเลกุล.

ยิ่งความเข้มข้นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นตามจุดใดจุดหนึ่งความหนาแน่นของอิเล็กตรอนก็จะยิ่งสูงขึ้นดังนั้นมันจะแตกต่างจากสภาพแวดล้อมและแสดงลักษณะเฉพาะที่อธิบายปฏิกิริยาทางเคมี กราฟิกและวิธีที่ยอดเยี่ยมในการแสดงแนวคิดดังกล่าวคือผ่าน แผนที่ที่มีศักยภาพไฟฟ้าสถิต.

ตัวอย่างเช่นโครงสร้างของ S-carnitine enantiomer กับแผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิตที่เกี่ยวข้องแสดงในภาพด้านบน สเกลที่ประกอบด้วยสีรุ้งสามารถสังเกตได้: สีแดงเพื่อบ่งบอกถึงพื้นที่ที่มีความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้นและสีน้ำเงินสำหรับบริเวณนั้นมีอิเล็กตรอนไม่ดี.

เมื่อโมเลกุลเคลื่อนที่จากซ้ายไปขวาเราย้ายออกจากกลุ่ม -CO₂^- ต่อโครงกระดูก CH₂-Choh-CH₂, เมื่อสีเป็นสีเหลืองและสีเขียวแสดงถึงการลดลงของความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์ ไปยังกลุ่ม -N (CH₃)₃⁺, พื้นที่อิเล็กตรอนที่ยากจนที่สุดคือสีน้ำเงิน.

โดยทั่วไปแล้วภูมิภาคที่ความหนาแน่นของอิเล็กทรอนิกส์ต่ำ (สีเหลืองและสีเขียว) จะมีปฏิกิริยาน้อยที่สุดในโมเลกุล.

ดัชนี

• 1 แนวคิด
• 2 แผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิต
  • 2.1 การเปรียบเทียบสี
  • 2.2 ปฏิกิริยาทางเคมี
• 3 ความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์ในอะตอม
• 4 อ้างอิง

แนวคิด

มากกว่าเคมีความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์นั้นมีอยู่จริงในธรรมชาติเพราะอิเล็กตรอนไม่คงที่ แต่จะเคลื่อนที่จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งเพื่อสร้างสนามไฟฟ้า.

และการแปรผันของเขตข้อมูลเหล่านี้ก่อให้เกิดความแตกต่างในความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์ในพื้นผิวของแวนเดอร์วาลส์.

โครงสร้างของ S-carnitine นั้นมีรูปแบบของทรงกลมและแท่ง แต่ถ้าเป็นพื้นผิวของแวนเดอร์วาวาลบาร์จะหายไปและจะมีเพียงชุดกลมแบบกลมเท่านั้นที่จะถูกสังเกต (สีเดียวกัน).

อิเล็กตรอนจะมีแนวโน้มที่จะเดินไปรอบ ๆ อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากขึ้น แม้กระนั้นอาจมีมากกว่าหนึ่งอะตอม electronegative ในโครงสร้างโมเลกุลและดังนั้นกลุ่มของอะตอมที่ออกแรงผลอุปนัยของตัวเอง.

ซึ่งหมายความว่าสนามไฟฟ้ามีความหลากหลายมากกว่าที่สามารถคาดการณ์ได้โดยการสังเกตโมเลกุลขณะที่กาบิน นั่นคืออาจมีโพลาไรเซชันของประจุลบหรือความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้นหรือน้อยลง.

สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้: การกระจายของประจุมีความสม่ำเสมอมากขึ้น.

แผนที่ที่มีศักยภาพไฟฟ้าสถิต

ตัวอย่างเช่นกลุ่ม -OH ที่มีอะตอมออกซิเจนดึงดูดความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของอะตอมใกล้เคียง อย่างไรก็ตามใน S-carnitine มันให้ส่วนของความหนาแน่นทางอิเลคทรอนิกส์กับกลุ่ม -CO₂^-, ในขณะเดียวกันก็ออกจากกลุ่ม -N (CH₃)₃⁺ ด้วยการขาดอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้น.

โปรดทราบว่ามันซับซ้อนมากที่จะอนุมานว่าผลกระทบจากอุปนัยทำงานในโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่นโปรตีนได้อย่างไร.

เพื่อให้ภาพรวมของความแตกต่างดังกล่าวในสนามไฟฟ้าในโครงสร้างการคำนวณการคำนวณของแผนที่ที่มีศักยภาพไฟฟ้าสถิต.

การคำนวณเหล่านี้ประกอบด้วยการวางประจุเป็นจุดบวกและเคลื่อนไปตามพื้นผิวของโมเลกุล เมื่อมีความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกน้อยจะมีแรงขับไฟฟ้าสถิตและยิ่งแรงขับยิ่งสูงขึ้นเท่าไรสีฟ้าก็ยิ่งเข้มขึ้นเท่านั้น.

ในกรณีที่ความหนาแน่นของอิเล็คทรอนิกส์มากขึ้นจะมีจุดดึงดูดไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งซึ่งแสดงด้วยสีแดง.

การคำนวณนั้นคำนึงถึงลักษณะโครงสร้างทั้งหมดช่วงเวลาไดโพลของลิงก์ผลกระทบจากการเหนี่ยวนำที่เกิดจากอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตี้สูง ฯลฯ และด้วยเหตุนี้คุณจึงได้พื้นผิวที่มีสีสันและดึงดูดสายตา.

การเปรียบเทียบสี

ด้านบนคือแผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิตสำหรับโมเลกุลเบนซีน โปรดทราบว่าในใจกลางของวงแหวนจะมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงกว่าในขณะที่ "คะแนน" ของมันมีสีฟ้าเนื่องจากอะตอมไฮโดรเจนที่มีอิเลคโตรเนกาติตีน้อยกว่า นอกจากนี้การกระจายของประจุนี้เกิดจากลักษณะของน้ำมันเบนซิน.

ในแผนที่นี้มีการสังเกตสีเขียวและสีเหลืองซึ่งบ่งบอกถึงการประมาณค่าไปยังพื้นที่ที่ยากจนและอุดมด้วยอิเล็กตรอน.

สีเหล่านี้มีขนาดของตัวเองแตกต่างจากของ S-carnitine; ดังนั้นจึงไม่ถูกต้องในการเปรียบเทียบกลุ่ม -CO₂^- และศูนย์กลางของวงแหวนอะโรมาติกซึ่งทั้งคู่แสดงด้วยสีแดงบนแผนที่.

หากทั้งคู่ยังคงมีระดับสีเท่ากันก็จะแสดงว่าสีแดงบนแผนที่เบนซีนเปลี่ยนจากสีส้มจาง ๆ ภายใต้มาตรฐานนี้สามารถเปรียบเทียบแผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิตได้ดังนั้นความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลหลาย ๆ.

ถ้าไม่ทำแผนที่จะทำหน้าที่เพียงรู้การกระจายประจุของโมเลกุลเดี่ยว.

ปฏิกิริยาเคมี

การสังเกตแผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิตและบริเวณที่มีความหนาแน่นอิเล็กทรอนิกส์สูงและต่ำสามารถคาดการณ์ได้ (แม้ว่าจะไม่ใช่ในทุกกรณี) ซึ่งปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้นในโครงสร้างโมเลกุล.

ภูมิภาคที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสามารถ "จัดทำ" อิเล็กตรอนของพวกมันให้กับสปีชีส์รอบ ๆ ที่ต้องการหรือต้องการ กับสายพันธุ์เหล่านี้ที่มีประจุลบ, E.⁺, พวกเขาเป็นที่รู้จักกันในนาม electrophiles.

ดังนั้นอิเล็กโทรไฟล์สามารถทำปฏิกิริยากับกลุ่มที่แสดงด้วยสีแดง (กลุ่ม -CO)₂^- และศูนย์กลางของแหวนเบนซิน).

ในขณะที่ภูมิภาคที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ำพวกมันจะทำปฏิกิริยากับสปีชีส์ที่มีประจุลบหรือกับที่มีคู่อิเล็กตรอนอิสระเพื่อแบ่งปัน หลังเรียกว่านิวคลีโอไทล์.

ในกรณีของกลุ่ม -N (CH₃)₃⁺, มันจะตอบสนองในลักษณะที่อะตอมไนโตรเจนได้รับอิเล็กตรอน (ลดลง).

ความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์ในอะตอม

ในอะตอมอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมหาศาลและสามารถอยู่ในหลายพื้นที่ของพื้นที่ในเวลาเดียวกัน.

อย่างไรก็ตามเมื่อระยะทางของนิวเคลียสเพิ่มขึ้นอิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานศักย์อิเล็กทรอนิกส์และการกระจายความน่าจะเป็นของพวกมันลดลง.

ซึ่งหมายความว่าเมฆอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมไม่มีขอบเขตที่กำหนด แต่เบลอ ดังนั้นจึงไม่ง่ายที่จะคำนวณรัศมีของอะตอม เว้นแต่จะมีเพื่อนบ้านที่สร้างความแตกต่างในระยะทางของนิวเคลียสของพวกเขาซึ่งครึ่งหนึ่งสามารถนำมาเป็นรัศมีอะตอม (r = d / 2).

อะตอมของวงโคจรและการทำงานของคลื่นเรเดียลและแองกูลาร์แสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของอิเล็คทรอนิคส์ถูกปรับเปลี่ยนอย่างไรขึ้นอยู่กับระยะทางที่แยกพวกมันออกจากนิวเคลียส.

การอ้างอิง

1. วิทยาลัยรี้ด ( N.d. ) ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนคืออะไร? ROCO ดึงจาก: reed.edu
2. วิกิพีเดีย (2018) ความหนาแน่นของอิเล็กตรอน สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 มิถุนายน 2014) นิยามความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ดึงมาจาก: thoughtco.com
4. Steven A. Hardinger (2017) ภาพประกอบศัพท์เคมีอินทรีย์: ความหนาแน่นของอิเล็กตรอน สืบค้นจาก: chem.ucla.edu
5. เคมีเคมี (29 พฤศจิกายน 2018) ขนาดอะตอมและการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ดึงมาจาก: chem.libretexts.org
6. Graham Solomons T.W. , Craig B. Fryhle (2011) เคมีอินทรีย์ เอมีน (10^TH ฉบับที่.) ไวลีย์พลัส.
7. Carey F. (2008) เคมีอินทรีย์ (ฉบับที่หก) Mc Graw Hill.