Делокализованный электрон

Бензол , делокализация электронов обозначена кружком

В химии , делокализованные электроны — это электроны в молекуле , ионе или твердом металле которые не связаны ни с одним атомом или ковалентной связью . ^[1]

Термин делокализация является общим и может иметь несколько разные значения в разных областях:

В органической химии это относится к резонансу в сопряженных системах и ароматических соединениях .
В физике твердого тела это относится к свободным электронам , которые способствуют электропроводности .
В квантовой химии это относится к молекулярным орбитальным электронам, которые распространились на несколько соседних атомов.

Резонанс

В простом ароматическом кольце бензола π - делокализация 6 шести электронов по кольцу C _часто графически обозначается кружком. Тот факт, что шесть связей CC равноудалены друг от друга, является одним из признаков того, что электроны делокализованы; если бы в структуре были изолированные двойные связи, чередующиеся с дискретными одинарными связями, связь также имела бы чередующуюся большую и меньшую длину. В теории валентных связей делокализация в бензоле представлена резонансными структурами .

Электрическая проводимость

Делокализованные электроны существуют и в структуре твердых металлов. Металлическая структура состоит из выровненных положительных ионов ( катионов ) в «море» делокализованных электронов. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться по структуре, что приводит к появлению таких свойств, как проводимость .

В алмазе все четыре внешних электрона каждого атома углерода «локализованы» между атомами, образующими ковалентную связь. Движение электронов ограничено, и алмаз не проводит электрический ток. В графите каждый атом углерода использует только 3 из 4 электронов внешнего энергетического уровня для 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 проводит в направлении, перпендикулярном плоскости.

Молекулярные орбитали

Стандартные методы квантовой химии ab initio приводят к делокализованным орбиталям , которые, как правило, распространяются на всю молекулу и имеют симметрию молекулы. Локализованные орбитали затем могут быть найдены как линейные комбинации делокализованных орбиталей, заданные соответствующим унитарным преобразованием .

В молекуле метана расчеты ab initio показывают характер связи на четырех молекулярных орбиталях, при этом электроны равномерно распределяются между всеми пятью атомами. Существует два орбитальных уровня: связывающая молекулярная орбиталь, образованная из 2s-орбитали углерода, и трижды вырожденные связывающие молекулярные орбитали из каждой из 2p-орбиталей углерода. Локализованный сп ³ орбитали, соответствующие каждой отдельной связи в теории валентных связей, могут быть получены из линейной комбинации четырех молекулярных орбиталей.

См. также

Ссылки

^ Золотой книги ИЮПАК Делокализация

[1] Золотой книги ИЮПАК Делокализация

[1]