ما هي الكثافة الإلكترونية؟

ال الكثافة الإلكترونية إنه مقياس لمدى احتمال العثور على الإلكترون في منطقة معينة من الفضاء ؛ إما حول نواة ذرية ، أو في "الأحياء" داخل الهياكل الجزيئية.

كلما زاد تركيز الإلكترونات في نقطة معينة ، زادت كثافة الإلكترون ، وبالتالي ، سيتم تمييزها عن البيئة المحيطة بها وتظهر خصائص معينة تشرح التفاعل الكيميائي. رسم وسيلة ممتازة لتمثيل مثل هذا المفهوم هو من خلال خريطة الجهد الكهربائي.

على سبيل المثال ، يتم عرض هيكل enantiomer S-carnitine مع خريطة الجهد الكهربائي المقابلة في الصورة العليا. يمكن ملاحظة مقياس مكون من ألوان قوس قزح: أحمر للإشارة إلى المنطقة ذات الكثافة الإلكترونية الأكبر ، والأزرق لتلك المنطقة الفقيرة في الإلكترونات.

نظرًا لأن الجزيء يتم اجتيازه من اليسار إلى اليمين ، فإننا نبتعد عن المجموعة -CO₂^- نحو الهيكل العظمي CH₂-CHOH-CH₂, حيث تكون الألوان صفراء وخضراء ، مما يشير إلى انخفاض في الكثافة الإلكترونية ؛ إلى المجموعة -N (CH₃)₃⁺, أفقر منطقة إلكترون ، الأزرق.

بشكل عام ، فإن المناطق التي تكون فيها الكثافة الإلكترونية منخفضة (الألوان الصفراء والخضراء) هي الأقل تفاعلًا في الجزيء.

مؤشر

• 1 مفهوم
• 2 خريطة الكهرباء الساكنة
  • 2.1 مقارنة الألوان
  • 2.2 التفاعل الكيميائي
• 3 الكثافة الإلكترونية في الذرة
• 4 المراجع

مفهوم

الكثافة الإلكترونية أكثر من الكيمياء ، فهي فيزيائية بطبيعتها ، لأن الإلكترونات لا تظل ثابتة ، بل تنتقل من جانب إلى آخر لتكوين حقول كهربائية.

والاختلاف في هذه الحقول ينشأ الاختلافات في الكثافة الإلكترونية في أسطح فان دير فال (كل تلك الأسطح الكروية).

يتم تمثيل هيكل S-carnitine بنموذج من الكرات والبارات ، ولكن إذا كان لسطح van der Waals ، فإن الأعمدة ستختفي ولن تتم ملاحظة سوى مجموعة متجانسة من المجالات (بنفس الألوان).

من المرجح أن تتجول الإلكترونات حول الذرات الأكثر تفاعلًا بالكهرباء ؛ ومع ذلك ، قد يكون هناك أكثر من ذرة كهربية واحدة في التركيب الجزيئي ، وبالتالي ، مجموعات الذرات التي تمارس أيضًا تأثيرها الاستقرائي.

وهذا يعني أن الحقل الكهربائي يختلف أكثر مما يمكن التنبؤ به من خلال مراقبة جزيء بينما يطير الغراب ؛ وهذا يعني أنه قد يكون هناك استقطاب أو شحنة من الشحنات السلبية أو الكثافة الإلكترونية.

يمكن تفسير ذلك أيضًا على النحو التالي: يصبح توزيع الشحنات أكثر تجانسًا.

خريطة الجهد الكهربائي

على سبيل المثال ، مجموعة -OH لوجود ذرة أكسجين تجذب كثافة الإلكترون للذرات المجاورة ؛ ومع ذلك ، في الكارنيتين يعطي جزءًا من كثافته الإلكترونية للمجموعة -CO₂^-, بينما في نفس الوقت ترك المجموعة -N (CH₃)₃⁺ مع نقص أكبر الإلكترونية.

لاحظ أنه يمكن أن يكون معقدًا جدًا لاستنتاج كيفية عمل التأثيرات الاستقرائية في جزيء معقد ، مثل البروتين.

من أجل الحصول على لمحة عامة عن هذه الاختلافات في الحقول الكهربائية في الهيكل ، يتم استخدام الحساب الحسابي للخرائط المحتملة للكهرباء الساكنة..

تتكون هذه الحسابات من وضع شحنة نقطة موجبة وتحريكها على طول سطح الجزيء ؛ عندما تكون الكثافة الإلكترونية أقل ، سيكون هناك تنافر إلكتروستاتيكي ، وكلما زاد التنافر ، زاد اللون الأزرق.

عندما تكون الكثافة الإلكترونية أكبر ، سيكون هناك جاذبية إلكتروستاتيكية قوية ، ممثلة باللون الأحمر.

تأخذ الحسابات في الحسبان جميع الجوانب الهيكلية ، ولحظات ثنائي القطب من الروابط ، والآثار الاستقرائي الناجم عن جميع الذرات عالية القدرة الإلكترونية ، إلخ. ونتيجة لذلك ، تحصل على تلك الأسطح الملونة والجاذبية البصرية.

مقارنة الألوان

أعلاه هو خريطة الجهد الكهربائي لجزيء البنزين. لاحظ أن هناك كثافة إلكترون أعلى في وسط الحلبة ، في حين أن "نقاطها" ذات لون مزرق ، بسبب ذرات الهيدروجين الأقل إلكترونيا. أيضا ، هذا التوزيع من الرسوم يرجع إلى الطابع العطري للبنزين.

في هذه الخريطة ، يتم ملاحظة اللونين الأخضر والأصفر أيضًا ، مما يشير إلى التقريب في المناطق الفقيرة والغنية بالإلكترون.

هذه الألوان لها نطاقها الخاص ، تختلف عن تلك الموجودة في كارنيتيني S ؛ وبالتالي ، فمن الخطأ مقارنة مجموعة -CO₂^- ومركز الحلبة العطرية ، كلاهما يمثلهما اللون الأحمر على خرائطهما.

إذا احتفظ كلاهما بنفس مقياس اللون ، فسيظهر أن اللون الأحمر على خريطة البنزين يتحول من برتقالي باهت. بموجب هذا التقييس ، يمكن مقارنة الخرائط المحتملة للكهرباء الساكنة ، وبالتالي الكثافة الإلكترونية للعديد من الجزيئات.

إذا لم يكن الأمر كذلك ، فستعمل الخريطة فقط لمعرفة توزيعات الشحن لجزيء فردي.

التفاعل الكيميائي

ملاحظة خريطة الإمكانات الإلكتروستاتيكية ، وبالتالي المناطق ذات الكثافة الإلكترونية العالية والمنخفضة ، يمكن التنبؤ بها (ولكن ليس في جميع الحالات) حيث ستحدث تفاعلات كيميائية في التركيب الجزيئي.

المناطق ذات الكثافة العالية للإلكترون قادرة على "توفير" إلكتروناتها للأنواع المحيطة التي تطلبها أو تحتاج إليها ؛ لهذه الأنواع ، مشحونة سلبا ، هاء⁺, ومن المعروف باسم electrophiles.

لذلك ، يمكن للكهرباء أن تتفاعل مع المجموعات التي يمثلها اللون الأحمر (مجموعة -CO)₂^- ووسط حلقة البنزين).

في حين أن المناطق ذات الكثافة المنخفضة للإلكترون ، تتفاعل مع الأنواع ذات الشحنة سالبة ، أو مع تلك التي لديها أزواج خالية من الإلكترون للمشاركة ؛ هذه الأخيرة معروفة باسم النيوكليوفيل.

في حالة المجموعة -N (CH₃)₃⁺, سوف تتفاعل بطريقة تكسب ذرة النيتروجين الإلكترونات (يتم تقليلها).

الكثافة الإلكترونية في الذرة

في الذرة ، تتحرك الإلكترونات بسرعات هائلة ويمكن أن تكون في عدة مناطق من الفضاء في نفس الوقت.

ومع ذلك ، مع زيادة المسافة بين النواة ، تكتسب الإلكترونات طاقة محتملة إلكترونية وينخفض ​​توزيعها الاحتمالي..

هذا يعني أن الغيوم الإلكترونية للذرة ليس لها حدود محددة ، ولكنها غير واضحة. لذلك ، ليس من السهل حساب نصف القطر الذري ؛ ما لم تكن هناك دول مجاورة تنشئ فرقًا في مسافات نواتها ، يمكن اعتبار نصفها نصف قطر ذري (r = d / 2).

توضح المدارات الذرية ، ووظائف الموجات الزاويّة والشعاعية ، كيف يتم تعديل الكثافة الإلكترونية اعتمادًا على المسافة التي تفصل بينها وبين النواة..

مراجع

1. كلية ريد. (بدون تاريخ). ما هي كثافة الإلكترون؟ ROCO. تم الاسترجاع من: reed.edu
2. ويكيبيديا. (2018). كثافة الإلكترون. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. Helmenstine ، آن ماري ، دكتوراه (11 يونيو 2014). تعريف كثافة الإلكترون. تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. ستيفن هاردينجر. (2017). مسرد مصور للكيمياء العضوية: كثافة الإلكترون. تم الاسترجاع من: chem.ucla.edu
5. كيمياء LibreTexts. (29 نوفمبر 2018). الأحجام الذرية وتوزيعات الكثافة الإلكترونية. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
6. غراهام سولومونز تي. دبليو ، كريج بي فرايل. (2011). الكيمياء العضوية. الأمينات. (10^عشر طبعة). وايلي بلس.
7. كاري ف. (2008). الكيمياء العضوية (الطبعة السادسة). مولودية جراو هيل.