Что такое электронная плотность в химии

Что такое электронная плотность?

электронная плотность это мера того, насколько вероятно найти электрон в данной области пространства; или вокруг атомного ядра, или в «окрестностях» внутри молекулярных структур.

Чем выше концентрация электронов в данной точке, тем больше плотность электронов, и, следовательно, она будет отличаться от окружающей среды и будет демонстрировать определенные характеристики, которые объясняют химическую реакционную способность. Графический и отличный способ представить такую ​​концепцию через карта электростатического потенциала.

Например, структура энантиомера S-карнитина с соответствующей картой электростатического потенциала показана на верхнем изображении. Можно наблюдать масштаб, составленный из цветов радуги: красный, чтобы указать область большей электронной плотности, и синий для этой области, бедной электронами..

Как правило, области, где электронная плотность низкая (желтый и зеленый цвета), являются наименее реактивными в молекуле.

концепция

И изменение этих полей приводит к различиям в электронных плотностях на поверхностях Ван-дер-Ваальса (все эти поверхности сфер).

Структура S-карнитина представлена ​​моделью сфер и стержней, но если бы это было для его поверхности Ван-дер-Ваальса, стержни исчезли бы, и наблюдался бы только матовый набор сфер (с теми же цветами).

Электроны будут с большей вероятностью бродить вокруг более электроотрицательных атомов; однако в молекулярной структуре может быть более одного электроотрицательного атома, и, следовательно, группы атомов, которые также оказывают свое собственное индуктивное действие.

Это означает, что электрическое поле изменяется больше, чем можно предсказать, наблюдая за молекулой во время полета; то есть, может быть более или менее поляризация отрицательных зарядов или электронной плотности.

Это также можно объяснить следующим образом: распределение зарядов становится более однородным.

Карта электростатического потенциала

Обратите внимание, что очень сложно определить, как индуктивные эффекты работают в сложной молекуле, такой как белок..

Чтобы получить представление о таких различиях в электрических полях в структуре, используется вычислительный расчет карт электростатического потенциала..

Эти расчеты состоят из помещения положительного точечного заряда и перемещения его вдоль поверхности молекулы; там, где плотность электронов меньше, возникает электростатическое отталкивание, и чем выше отталкивание, тем интенсивнее будет синий цвет.

Там, где электронная плотность больше, будет сильное электростатическое притяжение, представленное красным цветом..

В расчетах учитываются все структурные аспекты, дипольные моменты звеньев, индуктивные эффекты, вызванные всеми сильно электроотрицательными атомами и т. Д. И в результате вы получите эти красочные поверхности и визуальную привлекательность.

Сравнение цветов

Выше приведена карта электростатического потенциала для молекулы бензола. Обратите внимание, что в центре кольца более высокая плотность электронов, а его «точки» имеют голубоватый цвет из-за менее электроотрицательных атомов водорода. Также это распределение зарядов связано с ароматическим характером бензола.

На этой карте также наблюдаются зеленый и желтый цвета, что указывает на приближение к бедным и богатым электронами регионам..

Если бы оба держали одну и ту же цветовую шкалу, это бы показало, что красный цвет на карте бензола превратился из слабого оранжевого. При этой стандартизации можно сравнивать карты электростатического потенциала и, следовательно, электронные плотности нескольких молекул..

Если нет, карта будет служить только для определения распределения заряда для отдельной молекулы.

Химическая реактивность

Наблюдая карту электростатического потенциала и, следовательно, областей с высокой и низкой электронной плотностью, можно предсказать (хотя и не во всех случаях), где химические реакции будут происходить в молекулярной структуре.

В то время как области с низкой электронной плотностью, они реагируют с отрицательно заряженными разновидностями, или с теми, у которых есть пары без электронов, чтобы разделить; последние известны как нуклеофилы.

Электронная плотность в атоме

В атоме электроны движутся с огромной скоростью и могут одновременно находиться в нескольких областях пространства.

Однако с увеличением расстояния до ядра электроны приобретают потенциальную электронную энергию, и их вероятностное распределение уменьшается.

Это означает, что электронные облака атома не имеют определенной границы, но размыты. Поэтому не легко вычислить атомный радиус; разве что есть соседи, которые устанавливают разницу в расстояниях между их ядрами, половину которых можно принять за атомный радиус (r = d / 2).

Атомные орбитали и их функции радиальных и угловых волн демонстрируют, как изменяется электронная плотность в зависимости от расстояния, отделяющего их от ядра..

Источник

ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОТНОСТЬ

Лит. см. при ст. Квантовая химия.

Полезное

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОТНОСТЬ» в других словарях:

Электронная плотность — плотность вероятности обнаружения электрона в данной точке конфигурационного пространства. Рассмотрим водородоподобный атом систему из двух зарядов: положительно заряженного тяжёлого ядра, и электрона, вероятность обнаружения которого… … Википедия

электронная плотность — elektronų tankis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektronų skaičiaus tankis laidumo juostoje. atitikmenys: angl. electron density; electron number density; volumic electron number vok. Elektronendichte, f;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

электронная плотность — elektronų tankis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vienetinio tūrio elektronų skaičius. atitikmenys: angl. electron density; electron number density; volumic electron number vok. Elektronendichte, f; Elektronenzahldichte … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

электронная плотность — elektronų tankis statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektronų pasiskirstymo kvantinėje sistemoje (atome, molekulėje, kristale) tikimybė. atitikmenys: angl. electron density rus. плотность электронов; электронная плотность … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

электронная плотность — elektronų tankis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electron density vok. Elektronendichte, f rus. плотность электронов, f; электронная плотность, f pranc. densité électronique, f; nombre volumique d’électrons, m … Fizikos terminų žodynas

Электронная плотность вещества — Число электронов в единице объема вещества Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Электронная поляризуемость — Электронная поляризуемость это смещение электронной плотности в атомах, молекулах, ионах относительно атомных ядер частиц под действием внешнего электрического поля напряжённостью E. Смещение электронной плотности приводит к образованию… … Википедия

Электронная — 8. Электронная вычислительная машина ЭВМ Electronic computer Вычислительная машина, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах Источник: ГОСТ 15971 90: Системы обработки информации. Термины и определения ориги … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Электронная теория химической связи — Рис.1. Электронная теория химической связи была предложена и развита американским физикохимиком Льюисом Г.Н в 1912 1916 гг[1] … Википедия

Источник

ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОТНОСТЬ

Наиб. общей формой квантовомеханич. описания Э. п. квантовой системы является матрица плотности;

Лит.: Теория неоднородного электронного газа, под ред. С. Лундквиста, Н. Марча, пер. с англ., М., 1987. В. П. Шевелько.

Полезное

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОТНОСТЬ» в других словарях:

Электронная плотность — плотность вероятности обнаружения электрона в данной точке конфигурационного пространства. Рассмотрим водородоподобный атом систему из двух зарядов: положительно заряженного тяжёлого ядра, и электрона, вероятность обнаружения которого… … Википедия

электронная плотность — elektronų tankis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektronų skaičiaus tankis laidumo juostoje. atitikmenys: angl. electron density; electron number density; volumic electron number vok. Elektronendichte, f;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

электронная плотность — elektronų tankis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vienetinio tūrio elektronų skaičius. atitikmenys: angl. electron density; electron number density; volumic electron number vok. Elektronendichte, f; Elektronenzahldichte … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

электронная плотность — elektronų tankis statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektronų pasiskirstymo kvantinėje sistemoje (atome, molekulėje, kristale) tikimybė. atitikmenys: angl. electron density rus. плотность электронов; электронная плотность … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

электронная плотность — elektronų tankis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electron density vok. Elektronendichte, f rus. плотность электронов, f; электронная плотность, f pranc. densité électronique, f; nombre volumique d’électrons, m … Fizikos terminų žodynas

ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОТНОСТЬ — плотность вероятности распределения электронов в квантовой системе (атоме, молекуле, кристалле). В квантовой химии в понятие Э. п. вкладывают неск. смыслов. Если система Nэлектронов описывается волновой ф цией где символом обозначен набор всех… … Химическая энциклопедия

Электронная плотность вещества — Число электронов в единице объема вещества Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Электронная поляризуемость — Электронная поляризуемость это смещение электронной плотности в атомах, молекулах, ионах относительно атомных ядер частиц под действием внешнего электрического поля напряжённостью E. Смещение электронной плотности приводит к образованию… … Википедия

Электронная — 8. Электронная вычислительная машина ЭВМ Electronic computer Вычислительная машина, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах Источник: ГОСТ 15971 90: Системы обработки информации. Термины и определения ориги … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Электронная теория химической связи — Рис.1. Электронная теория химической связи была предложена и развита американским физикохимиком Льюисом Г.Н в 1912 1916 гг[1] … Википедия

Источник

В соответствии с квантовая механика, из-за принцип неопределенности в атомном масштабе невозможно предсказать точное местоположение электрона, только вероятность его нахождения в данном положении; поэтому электроны в атомах и молекулах действуют так, как будто они «размазаны» в пространстве. Для одноэлектронных систем концентрация электронов в любой точке пропорциональна квадрату величины волновая функция.

Содержание

Определение

где оператор, соответствующий наблюдаемой плотности, есть

Проще говоря: удерживая единственный электрон на месте р < displaystyle < textbf >> мы суммируем все возможные варианты расположения других электронов.

Общие свойства

Топология

В основное состояние электронная плотность атом предполагается, что это монотонно убывающая функция расстояния от ядро. [3]

Состояние ядерного острия

Электронная плотность показывает каспы на каждом ядре в молекуле в результате неограниченного электрон-ядерного кулоновского потенциала. Это поведение количественно выражается условием возврата Като, сформулированным в терминах сферически усредненной плотности, ρ ¯ < displaystyle < bar < rho>>> , о любом заданном ядре как [4]

Асимптотическое поведение

Плотность отклика

Обзор

В молекулы, области с большой электронной концентрацией обычно находятся вокруг атом, и его облигации. В де-локализованном или сопряженные системы, Такие как фенол, бензол и такие соединения, как гемоглобин и хлорофиллэлектронная плотность значительна во всей области, т.е. в бензоле они находятся выше и ниже плоского кольца. Иногда это изображают схематически как серию чередующихся одинарных и двойных связей. В случае фенола и бензола кружок внутри шестиугольник показывает делокализованную природу соединения. Это показано ниже:

В соединениях с множественными кольцевыми системами, которые связаны между собой, это уже неточно, поэтому используются чередующиеся одинарные и двойные связи. В таких соединениях, как хлорофилл и фенол, на некоторых диаграммах показана пунктирная или пунктирная линия, обозначающая делокализацию областей, где электронная плотность выше рядом с одинарными связями. [9] Сопряженные системы иногда могут представлять регионы, где электромагнитное излучение поглощается на разных длинах волн, что приводит к окрашиванию соединений. В полимеры, эти области известны как хромофоры.

ρ ( р ) = ∑ μ ∑ ν п μ ν ϕ μ ( р ) ϕ ν ( р ) < displaystyle rho ( mathbf ) = sum _ < mu>sum _ < nu>P _ < mu nu>phi _ < mu>( mathbf ) phi _ < nu>( mathbf )>

Программное обеспечение для молекулярного моделирования часто предоставляет графические изображения электронной плотности. Например, в анилин (см. изображение справа). Графические модели, в том числе электронная плотность, широко используются в химическом образовании. [10] Обратите внимание, что на крайнем левом изображении анилина высокие концентрации электронов связаны с угли и азот, но водород с одним протоном в ядрах не видны. Это причина того, что дифракция рентгеновских лучей испытывает трудности с поиском позиций водорода.

Графически поверхность электронной плотности также служит холстом, на котором могут отображаться другие электронные свойства. Карта электростатического потенциала (свойство электростатический потенциал отображается на электронной плотности) является индикатором распределения заряда в молекуле. Карта локального ионизационного потенциала (свойство потенциал локальной ионизации нанесенная на карту по электронной плотности) обеспечивает индикатор электрофильности. И карта LUMO (самая низкая незанятая молекулярная орбиталь нанесенная на карту электронной плотности) может указывать на нуклеофильность. [13]

Эксперименты

Многие экспериментальные методы позволяют измерять электронную плотность. Например, квантовая кристаллография через дифракция рентгеновских лучей сканирование, при котором рентгеновские лучи подходящей длины волны направляются на образец, а измерения производятся с течением времени, дает вероятностное представление о местонахождении электронов. С этих позиций часто можно определить молекулярные структуры, а также точное распределение плотности заряда кристаллизованных систем. Квантовая электродинамика и некоторые отрасли квантовая теория также изучать и анализировать электрон суперпозиция и другие связанные явления, такие как Индекс NCI что позволяет изучать нековалентные взаимодействия с использованием электронной плотности. Анализ населения Малликена основан на плотности электронов в молекулах и представляет собой способ деления плотности между атомами, чтобы дать оценку атомных зарядов.

В просвечивающая электронная микроскопия (ТЕА) и глубоконеупругое рассеяние, а также другие частица высокой энергии В экспериментах электроны высоких энергий взаимодействуют с электронным облаком, чтобы дать прямое представление о плотности электронов. ТЕМ, сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и атомно-силовая микроскопия (AFM) можно использовать для исследования электронной плотности отдельных атомов. [ нужна цитата ]

Плотность отжима

Источник

В соответствии с квантовая механика, из-за принцип неопределенности в атомном масштабе невозможно предсказать точное местоположение электрона, только вероятность его нахождения в данном положении; поэтому электроны в атомах и молекулах действуют так, как будто они «размазаны» в пространстве. Для одноэлектронных систем концентрация электронов в любой точке пропорциональна квадрату величины волновая функция.

Содержание

Определение

где оператор, соответствующий наблюдаемой плотности, есть

Проще говоря: удерживая единственный электрон на месте р < displaystyle < textbf >> мы суммируем все возможные варианты расположения других электронов.

Общие свойства

Топология

В основное состояние электронная плотность атом предполагается, что это монотонно убывающая функция расстояния от ядро. [3]

Состояние ядерного острия

Электронная плотность показывает каспы на каждом ядре в молекуле в результате неограниченного электрон-ядерного кулоновского потенциала. Это поведение количественно выражается условием возврата Като, сформулированным в терминах сферически усредненной плотности, ρ ¯ < displaystyle < bar < rho>>> , о любом заданном ядре как [4]

Асимптотическое поведение

Плотность отклика

Обзор

В молекулы, области с большой электронной концентрацией обычно находятся вокруг атом, и его облигации. В де-локализованном или сопряженные системы, Такие как фенол, бензол и такие соединения, как гемоглобин и хлорофиллэлектронная плотность значительна во всей области, т.е. в бензоле они находятся выше и ниже плоского кольца. Иногда это изображают схематически как серию чередующихся одинарных и двойных связей. В случае фенола и бензола кружок внутри шестиугольник показывает делокализованную природу соединения. Это показано ниже:

В соединениях с множественными кольцевыми системами, которые связаны между собой, это уже неточно, поэтому используются чередующиеся одинарные и двойные связи. В таких соединениях, как хлорофилл и фенол, на некоторых диаграммах показана пунктирная или пунктирная линия, обозначающая делокализацию областей, где электронная плотность выше рядом с одинарными связями. [9] Сопряженные системы иногда могут представлять регионы, где электромагнитное излучение поглощается на разных длинах волн, что приводит к окрашиванию соединений. В полимеры, эти области известны как хромофоры.

ρ ( р ) = ∑ μ ∑ ν п μ ν ϕ μ ( р ) ϕ ν ( р ) < displaystyle rho ( mathbf ) = sum _ < mu>sum _ < nu>P _ < mu nu>phi _ < mu>( mathbf ) phi _ < nu>( mathbf )>

Программное обеспечение для молекулярного моделирования часто предоставляет графические изображения электронной плотности. Например, в анилин (см. изображение справа). Графические модели, в том числе электронная плотность, широко используются в химическом образовании. [10] Обратите внимание, что на крайнем левом изображении анилина высокие концентрации электронов связаны с угли и азот, но водород с одним протоном в ядрах не видны. Это причина того, что дифракция рентгеновских лучей испытывает трудности с поиском позиций водорода.

Графически поверхность электронной плотности также служит холстом, на котором могут отображаться другие электронные свойства. Карта электростатического потенциала (свойство электростатический потенциал отображается на электронной плотности) является индикатором распределения заряда в молекуле. Карта локального ионизационного потенциала (свойство потенциал локальной ионизации нанесенная на карту по электронной плотности) обеспечивает индикатор электрофильности. И карта LUMO (самая низкая незанятая молекулярная орбиталь нанесенная на карту электронной плотности) может указывать на нуклеофильность. [13]

Эксперименты

Многие экспериментальные методы позволяют измерять электронную плотность. Например, квантовая кристаллография через дифракция рентгеновских лучей сканирование, при котором рентгеновские лучи подходящей длины волны направляются на образец, а измерения производятся с течением времени, дает вероятностное представление о местонахождении электронов. С этих позиций часто можно определить молекулярные структуры, а также точное распределение плотности заряда кристаллизованных систем. Квантовая электродинамика и некоторые отрасли квантовая теория также изучать и анализировать электрон суперпозиция и другие связанные явления, такие как Индекс NCI что позволяет изучать нековалентные взаимодействия с использованием электронной плотности. Анализ населения Малликена основан на плотности электронов в молекулах и представляет собой способ деления плотности между атомами, чтобы дать оценку атомных зарядов.

В просвечивающая электронная микроскопия (ТЕА) и глубоконеупругое рассеяние, а также другие частица высокой энергии В экспериментах электроны высоких энергий взаимодействуют с электронным облаком, чтобы дать прямое представление о плотности электронов. ТЕМ, сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и атомно-силовая микроскопия (AFM) можно использовать для исследования электронной плотности отдельных атомов. [ нужна цитата ]

Плотность отжима

Источник