전자 밀도는 무엇입니까? - 화학

전자 밀도는 얼마나 가능성의 측정은 할 공간의 특정 영역에서 전자를 발견; 원자핵 주위 또는 분자 구조 내의 "이웃"에 있습니다.

주어진 지점에서 전자의 농도가 높을수록 전자 밀도가 높아져 주변과 구별되고 화학적 반응성을 설명하는 특정 특성을 나타냅니다. 이러한 개념을 나타내는 훌륭한 그래픽 방법은 정전기 전위 맵을 사용하는 것입니다.

출처 : Wikipedia를 통한 Manuel Almagro Rivas

예를 들어, 상단 이미지는 S-carnitine 거울상 이성질체의 구조와 이에 상응하는 정전기 전위 맵을 보여줍니다. 무지개 색으로 구성된 눈금을 볼 수 있습니다. 빨간색은 전자 밀도가 가장 높은 영역을 나타내고 파란색은 전자가 부족한 영역을 나타냅니다.

분자가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동함에 따라 -CO _2-^그룹 에서 CH ₂ -CHOH-CH ₂ 골격쪽으로 이동합니다 . 여기서 색상은 노란색과 녹색으로 전자 밀도의 감소를 나타냅니다. 그룹 -N (CH ₃ ) ₃⁺ , 가장 전자가 부족한 영역, 파란색.

일반적으로 전자 밀도가 낮은 영역 (노란색과 녹색)은 분자에서 반응성이 가장 낮습니다.

개념

전자는 정적으로 유지되지 않고 한쪽에서 다른쪽으로 이동하여 전기장을 생성하기 때문에 화학적보다 전자 밀도는 본질적으로 물리적입니다.

그리고 이러한 장의 변화는 반 데르 발스 표면 (구의 모든 표면)에서 전자 밀도의 차이를 유발합니다.

S-carnitine의 구조는 구와 막대의 모델로 표시되지만 반 데르 발스 표면에 의한 경우 막대가 사라지고 케이크 모양의 구 (동일한 색상) 만 관찰됩니다.

전자는 전기 음성 원자 주변에있을 가능성이 더 높습니다. 그러나 분자 구조에는 하나 이상의 전기 음성 원자가있을 수 있으며 따라서 자체 유도 효과를 발휘하는 원자 그룹도 있습니다.

이것은 전기장이 조감도에서 분자를 관찰하여 예측할 수있는 것보다 더 많이 변한다는 것을 의미합니다. 즉, 음전하 또는 전자 밀도의 어느 정도 분극이있을 수 있습니다.

이것은 또한 다음과 같은 방식으로 설명 될 수 있습니다. 전하 분포가 더 균일 해집니다.

예를 들어, 산소 원자를 갖는 -OH 그룹은 인접한 원자의 전자 밀도를 끌어 당깁니다. 그러나 S-carnitine에서는 전자 밀도의 일부를 -CO _2-^그룹 에 제공하는 동시에 -N (CH ₃ ) ₃^{+ 그룹} 을 더 큰 전자 결핍으로 남겨 둡니다 .

유도 효과가 단백질과 같은 복잡한 분자에 어떻게 작용하는지 추론하는 것은 매우 어려울 수 있습니다.

구조 내 전기장의 이러한 차이를 한 눈에 파악하기 위해 정전기 전위 맵의 계산 계산이 사용됩니다.

이러한 계산은 양의 점 전하를 배치하고 분자 표면을 따라 이동하는 것으로 구성됩니다. 전자 밀도가 낮을수록 정전기 반발이 발생하고 반발이 클수록 파란색이 강해집니다.

전자 밀도가 높으면 빨간색으로 표시되는 강한 정전기 인력이 있습니다.

계산은 모든 구조적 측면, 결합의 쌍극자 모멘트, 높은 전기 음성 원자로 인한 유도 효과 등을 고려합니다. 결과적으로 다채롭고 시각적으로 매력적인 표면을 얻을 수 있습니다.

출처 : Wikimedia Commons

위는 벤젠 분자의 정전기 전위 맵입니다. 고리의 중심에는 더 높은 전자 밀도가있는 반면 "끝"은 전기 음성이 적은 수소 원자로 인해 푸르스름한 색을 띕니다. 마찬가지로 이러한 전하 분포는 벤젠의 방향족 특성 때문입니다.

이지도에서 녹색과 노란색도 관찰되어 전자가 빈약하고 풍부한 영역에 대한 근사치를 나타냅니다.

이 색상은 S-carnitine과는 다른 자체 스케일을 가지고 있습니다. 따라서, 그룹 -CO 비교하는 것은 잘못 _이^- 방향족 고리의 중심, 자신의지도에서 붉은 색으로 표시 모두.

둘 다 같은 색 눈금을 유지하면 벤젠지도의 빨간색이 희미한 주황색으로 변하는 것으로 보입니다. 이 표준화 하에서 정전기 전위 맵과 다양한 분자의 전자 밀도를 비교할 수 있습니다.

그렇지 않으면지도는 개별 분자의 전하 분포를 아는 역할 만합니다.

정전기 전위의지도를 관찰하여 전자 밀도가 높고 낮은 영역을 관찰함으로써 분자 구조에서 화학 반응이 발생할 위치를 예측할 수 있습니다 (모든 경우는 아님).

전자 밀도가 높은 영역은 전자를 필요로하거나 필요로하는 주변 종에 "제공"할 수 있습니다. 이러한 음으로 하전 된 종인 E ⁺ 는 친전 자체로 알려져 있습니다.

따라서 친전 자체는 적색으로 표시되는 그룹 (-CO _2-^그룹 및 벤젠 고리의 중심)과 반응 할 수 있습니다 .

전자 밀도가 낮은 영역은 음전하를 띠는 종 또는 공유 할 자유 전자 쌍을 가진 영역과 반응합니다. 후자는 친핵체로 알려져 있습니다.

-N (CH ₃ ) ₃^{+ 그룹의} 경우 질소 원자가 전자를 얻는 방식으로 반응합니다 (감소).

원자에서 전자는 엄청난 속도로 움직이며 동시에 여러 공간 영역에있을 수 있습니다.

그러나 핵으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 전자는 전자 위치 에너지를 획득하고 확률 적 분포는 감소합니다.

이것은 원자의 전자 구름이 정의 된 경계가 아니라 흐릿한 경계를 가지고 있음을 의미합니다. 따라서 원자 반경을 계산하는 것은 쉽지 않습니다. 핵의 거리에 차이를 설정하는 이웃이 없으면 그 중 절반은 원자 반경 (r = d / 2)으로 간주 할 수 있습니다.

원자 궤도와 방사형 및 각파 함수는 전자 밀도가 핵으로부터의 거리 함수로 어떻게 변하는 지 보여줍니다.