Что такое делокализация в химии

ДЕЛОКАЛИЗАЦИЯ

Смотреть что такое «ДЕЛОКАЛИЗАЦИЯ» в других словарях:

делокализация — делокализ ация, и … Русский орфографический словарь

делокализация π-связи — – выравнивание π электронной плотности сопряженной системы кратных связей. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины

делокализация электронов — elektronų delokalizacija statusas T sritis chemija apibrėžtis Susikaupusio elektronų tankio pertekliaus tolygus pasiskirstymas po visą konjuguotąją sistemą. atitikmenys: angl. electron delocalisation rus. делокализация электронов … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Твёрдое тело — одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от др. агрегатных состояний (жидкости (См. Жидкость), Газов, плазмы (См. Плазма)) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около… … Большая советская энциклопедия

Цветности теория — теория о связи Цвета химических соединений с их строением. Ощущение цвета возникает при воздействии на зрительный нерв электромагнитных излучений с энергией в пределах от 2,5․10 12 до 5․10 12 эрг (длины волн от 400 до 760 нм). При этом… … Большая советская энциклопедия

ТВЁРДОЕ ТЕЛО — агрегатное состояние в ва, характеризующееся стабильностью формы и хар ром теплового движения атомов, к рые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморфные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств.… … Физическая энциклопедия

КВАНТОВЫЙ КРИСТАЛЛ — кристалл, в к ром амплитуда нулевых колебаний а0 частиц, образующих кристаллич. решётку, сравнима с межатомным расстоянием а, что приводит к заметной вероятности когерентных туннельных перемещений и перестановок частиц в осн. состоянии. Степень… … Физическая энциклопедия

ПОЛУМЕТАЛЛЫ — в ва, занимающие по своим электрофиз. св вам промежуточное положение между металлами и полупроводниками. Характерные особенности физ. св в П.: значительно меньшая, чем у металлов, электрич. проводимость; более слабо выраженный, чем у… … Химическая энциклопедия

Молекула — (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles масса) наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. М. состоит из атомов, точнее из атомных ядер, окружающих их внутренних электронов и внешних валентных электронов,… … Большая советская энциклопедия

Радикалы свободные — кинетически независимые частицы, характеризующиеся наличием неспаренных электронов. Например, к неорганическим Р. с., имеющим на внешнем уровне один электрон (см. Атом, Валентность), относятся атомы водорода Н·, щелочных металлов (Na·, К· … Большая советская энциклопедия

Источник

В химии, делокализованные электроны находятся электроны в молекула, ион или твердый металл которые не связаны ни с одним атом или Ковалентная связь. [1] Период, термин делокализация является общим и может иметь немного разные значения в разных областях. В органической химии это относится к резонанс в сопряженные системы и ароматические соединения. В физике твердого тела это относится к свободные электроны что облегчает электрическая проводимость. В квантовая химия, это относится к молекулярная орбиталь электроны, которые распространились на несколько соседних атомов.

Содержание

Резонанс

в простое ароматическое кольцо из бензол то делокализация из шести π электроны над C₆ кольцо часто графически обозначается кружком. Тот факт, что шесть связей C-C эквидистантны, является одним из указаний на то, что электроны делокализованы; если бы в структуре были изолированные двойные связи, чередующиеся с дискретными одинарными связями, связь также имела бы чередующиеся более длинные и более короткие длины. В теория валентной связи, делокализация в бензоле представлена резонансные структуры.

Электрическая проводимость

Делокализованные электроны существуют также в структуре твердых металлов. Металлическая структура состоит из выровненных положительных ионы (катионы) в «море» делокализованных электронов. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться по всей структуре и обуславливают такие свойства, как проводимость.

В алмаз все четыре внешних электрона каждого углерод атомы «локализованы» между атомами ковалентной связи. Движение электронов ограничено, и алмаз не проводит электрический ток. В графит, каждый атом углерода использует только 3 из своих 4 электронов внешнего энергетического уровня в ковалентной связи с тремя другими атомами углерода в плоскости. Каждый атом углерода вносит один электрон в делокализованную систему электронов, которая также является частью химической связи. Делокализованные электроны могут свободно перемещаться по плоскости. По этой причине графит проводит электричество вдоль плоскостей атомов углерода, но не в направлении прямые углы к самолету.

Молекулярные орбитали

Стандарт ab initio методы квантовой химии привести к делокализованные орбитали которые, как правило, простираются на всю молекулу и обладают симметрией молекулы. Локализованные орбитали тогда можно найти как линейные комбинации делокализованных орбиталей, заданных соответствующим унитарное преобразование.

Например, в молекуле метана расчеты ab initio показывают характер связывания на четырех молекулярных орбиталях, равномерно распределяя электроны между всеми пятью атомами. Есть два орбитальных уровня: связывающая молекулярная орбиталь, образованная из 2s-орбитали на углероде, и трижды вырожденные связывающие молекулярные орбитали из каждой из 2p-орбиталей на углероде. Локализованный sp 3 орбитали, соответствующие каждой отдельной облигации в теория валентной связи может быть получен из линейной комбинации четырех молекулярных орбиталей.

Источник

Лекция № 4 Химическая связь. Механизмы перераспределения электронной плотности (стр. 2 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4

Комбинация изогнутых стрелок по структурной формуле отражает перераспределение электронной плотности в цепи сопряжения. Данное перераспределение называется делокализацией «размазыванием». Иногда делокализацию изображают графически пунктирной линией по структурной формуле:

Делокализация оказывает большое влияние на свойства сопряженных молекул. Чем выше степень делокализации тем выше термодинамическая стабильность сопряженной системы. Частным случаем делокализации является сверхсопряжение, которое способствует стабилизации алкильных свободных радикалов и карбокатионов.

Эффекты сопряжения характерны для соединений с кратными связями (двойные, тройные) независимо от природы атомов, соединенных кратными связями, а также для функциональных групп в состав которых входят гетероатомы с неподеленными электронными парами.

Удобным способом изображения делокализации в сопряженных системах является изображение с помощью резонансных структур.

При написании резонансных структур следует соблюдать следующие правила:

1. Атомы и молекулы не меняют своего положения; изменяется положение НЭП и π-электронов кратных связей.

2. Каждая резонансная структура, приписываемая данному соединению, должна иметь одну и ту же сумму π-электронов, включая π-связи и НЭП.

3. Между резонансными структурами ставят резонансную стрелку «↔».

4. В резонансных структурах не принято обозначение электронных эффектов при помощи прямых и изогнутых стрелок.

5. Набор резонансных структур молекулы, иона или радикала следует заключать в квадратные скобки.

При оценке резонансной стабилизации молекул и частиц, а также при сравнении относительных энергий различных резонансных структур необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. Энергия реальной молекулы меньше, чем энергия любой из резонансных структур;

2. Чем больше резонансных структур можно написать для данной молекулы или частицы, тем она стабильнее;

3. При прочих равных условиях более стабильными являются резонансные структуры с отрицательным зарядом на наиболее электроотрицательном атоме и с положительным зарядом на наиболее электроположительном атоме.

4. Резонансные структуры, в которых все атомы имеют октет электронов, более стабильны.

5. максимальную стабильность имеют частицы, для которых резонансные структуры являются эквивалентными, а соответственно имеют одинаковую энергию.

3. Современная теория химической связи

Однако, из электронных структурных формул Льюиса мы совершенно не видим как эта электронная пара осуществляет химическую связь. Благодаря приложению достижений квантовой механики в решении проблем химии были разработаны две теории описания химической связи: метод валентных схем (МВС) и метод молекулярных орбиталей (метод МО). Внешне они имеют много общих черт: 1. Оба метода исходят из того, что в образовании химической связи участвуют атомные орбитали: s – орбиталь (три на каждом главном квантовом уровне, имеет сферическую симметрию), p – орбиталь (три на каждом главном квантовом уровне, имеет узел и форму гантели), d – орбиталь (пять на каждом главном квантовом уровне, имеет узлы и сложную форму). 2. Оба метода описывают как локализованную (два электрона обслуживают лишь два ядра элементов), так и делокализованную (два электрона обслуживают три и более ядра элементов) химическую связь. 3. Полное внешнее сходство уравнений волновой функции.

Теперь подробнее о каждом из этих методов

3.1 Метод валентных схем (МВС)

Согласно МВС на каждую орбиталь атомов, образующих связь, по одному электрону. Далее рассматриваются все возможные размещения двух электронов (помните, каждая связь обслуживается двумя электронами по Льюису) по атомным орбиталям. Получаются различные электронные конфигурации молекулы называемые каноническими формами. Далее расчет ведут, смешивая все эти формы (электронные конфигурации) до получения минимальной энергии. Т. о. электронная конфигурация молекулы или каноническая форма, которой соответствует минимальная энергия представляет собой смесь (гибрид) нескольких первоначальных электронных размещений (резонансных электронных конфигураций молекулы). Она получила название резонансного гибрида.

Читайте также: Что такое в банке afs

В качестве примера рассмотрим образование связи C-H.

Электронная конфигурация 1 Электронная конфигурация 2

2 С – Н

Электронная конфигурация 3 Электронная конфигурация 4

т. е. ≡ H+δ – C-δ

Более важные электронные конфигурации 1 и 2, они вносят основной вклад в гибридную электронную конфигурацию. Конфигурации 3 и 4 менее важны, т. к. электроны сосредоточены либо у ядра H, либо у ядра C (большее разделение зарядов).

Одной из модификаций теории ВС является теория резонанса. Она применяется к молекулам, для которых можно написать более одной льюисовой структуры и очень полезна для описания делокализованных связей ( когда два электрона обслуживают более двух ядер). В органической химии эта теория полезна как удобный способ описания делокализации электронов, особенно в реакционных интермедиатах.

Основные положения теории резонанса: 1.Если для молекулы или ее фрагмента можно написать альтернативные льюисовы структуры, отличающиеся только распределением электронов, то реальная молекула не может быть представлена адекватно ни одной отдельной льюисовой структурой, но имеет свойства всех этих структур. Другими словами, если для соединения мы можем нарисовать две и более структуры Льюиса, то реальное распределение электронов не соответствует ни одной из них, представляет нечто промежуточное между ними. Реальную молекулу представляют гибридом структур, которые могут быть нарисованы, но если по себе в действительности не существуют. Также гипотетические структуры называют резонансными.

2. Ближе всего к реальной молекуле приближаются те структуры, которые обладают следующими чертами: максимальным числом ковалентных связей; минимальным разделением разноименных зарядов; размещением отрицательного заряда на наиболее электроотрицательном атоме или положительного заряда на наиболее электроположительном атоме.

Рассмотрим несколько примеров.

Акролеин – непредельный альдегид.

(макс. число связей, мин. разделение зарядов)

(меньшее число, сильное разделение зарядов, отр. заряд на наиб. эл-отриц. атоме)

(меньше число ковалентных связей, сильное разделение зарядов, отр. заряд на наиб. эл-полож. атоме)

σ – комплекс, образующийся при нитровании фенола:

В настоящее время структуру резонансного гибрида изображают следующим образов:

, , , ,

— делокализованные π – электроны,

π – электроны делокализованы по всей π – системе, а положительный заряд в основном локализован на концевых атомах углерода. Аллил – катион принимает плоскую геометрию, т. к. при этом перекрывание трех p – орбиталей минимально.

Химическая связь. Механизмы перераспределения электронной плотности (окончание)

3.2 Метод молекулярных орбиталей (МО)

В методе МО исходят из допущения, что связь возникает за счет перекрывания атомных орбиталей. Если n число атомных орбиталей перекрываются, то вместо них появляются равные число (n) новых орбиталей, называемых молекулярными орбиталями. Они отличаются от атомных орбиталей тем, что электронные облака окружают уже не ядро одного атома, а ядро двух или нескольких атомов (два электрона обслуживает два и более ядер). В локализованной связи число перекрывающейся атомных орбиталей равно двум (каждая из них содержит один электрон), поэтому возникают две МО. Одна из них, называемая связывающей орбиталью, имеет более низкую энергию, чем исходные атомные орбитали, другая, называемая разрыхляющая (антисвязывающей) орбиталью, имеет более высокую энергию. Первыми заполняются орбитали с более низкой энергией. Любая МО может содержать два электрона. В основном состоянии разрыхляющейся орбиталь остается незаполненной. В качестве примера приведено образование МО при взаимодействии АО имеющих одинаковые и разные энергетические уровни:

Источник

Содержание

Резонанс

Электрическая проводимость

Молекулярные орбитали

Источник

делокализация π-связи

Смотреть что такое «делокализация π-связи» в других словарях:

Угольная кислота — Угольная кислота … Википедия

Молекула — Схема ковалентных связей между атомами в молекуле кислорода … Википедия

МИКРОЧАСТИЦЫ — (от греч. μικρός – малый) – частицы очень малой массы (в частности, нулевой), для движения и взаимодействия к рых существенна дискретность (атомизм) действия. К М. относятся элементарные частицы, атомные ядра, атомы, молекулы, квазичастицы.… … Философская энциклопедия

Квантовая химия — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей. Квантовая химия это направл … Википедия

Источник