APA ITU KERAPATAN ELEKTRON? - KIMIA - 2025

The kerapatan elektron adalah ukuran dari seberapa besar kemungkinan itu adalah untuk menemukan elektron di daerah tertentu ruang; baik di sekitar inti atom, atau di "lingkungan" di dalam struktur molekul.

Semakin tinggi konsentrasi elektron pada suatu titik, semakin tinggi kerapatan elektron, dan oleh karena itu, akan dibedakan dari lingkungannya dan akan menunjukkan karakteristik tertentu yang menjelaskan reaktivitas kimianya. Cara grafis yang sangat baik untuk merepresentasikan konsep semacam itu adalah melalui peta potensial elektrostatis.

Sumber: Manuel Almagro Rivas melalui Wikipedia

Misalnya, gambar atas menunjukkan struktur enansiomer S-karnitin dengan peta potensial elektrostatis yang sesuai. Skala yang terdiri dari warna-warna pelangi dapat diamati: merah untuk menunjukkan daerah dengan kerapatan elektron tertinggi, dan biru untuk daerah yang miskin elektron.

Saat molekul dilintasi dari kiri ke kanan, kita menjauh dari gugus -CO ₂ ^- menuju kerangka CH ₂ -CHOH-CH ₂ , di mana warnanya kuning dan hijau, menunjukkan penurunan kerapatan elektron; sampai dengan golongan -N (CH ₃ ) ₃ ⁺ , daerah yang paling miskin elektronnya, berwarna biru.

Umumnya, daerah dengan kerapatan elektron rendah (yang diwarnai kuning dan hijau) adalah yang paling tidak reaktif dalam sebuah molekul.

Konsep

Lebih dari sekedar kimia, kerapatan elektron bersifat fisik, karena elektron tidak tetap statis, tetapi bergerak dari satu sisi ke sisi lain menciptakan medan listrik.

Dan variasi medan ini menyebabkan perbedaan kerapatan elektron pada permukaan van der Waals (semua permukaan bola tersebut).

Struktur S-karnitin diwakili oleh model bola dan batang, tetapi jika dengan permukaan van der Waalsnya, batang-batang tersebut akan menghilang dan hanya sekumpulan bola berlapis (dengan warna yang sama) yang akan diamati.

Elektron lebih mungkin berada di sekitar atom yang lebih elektronegatif; akan tetapi, mungkin terdapat lebih dari satu atom elektronegatif dalam struktur molekul, dan oleh karena itu kelompok atom yang juga memberikan efek induktifnya sendiri.

Ini berarti medan listrik bervariasi lebih dari yang dapat diprediksi dengan mengamati molekul dari pandangan mata burung; yaitu, mungkin ada lebih banyak atau lebih sedikit polarisasi muatan negatif atau kerapatan elektron.

Hal ini juga dapat dijelaskan sebagai berikut: distribusi pungutan menjadi lebih homogen.

Peta potensial elektrostatis

Misalnya, karena gugus -OH memiliki atom oksigen, ia menarik kerapatan elektronik dari atom tetangganya; akan tetapi, dalam S-karnitin ia menyerahkan sebagian kerapatan elektronnya ke gugus -CO ₂ ^- , sementara pada saat yang sama ia meninggalkan ^gugus -N (CH ₃ ) ₃ ⁺ dengan defisiensi elektron yang lebih besar.

Perhatikan bahwa sangat sulit untuk menyimpulkan bagaimana efek induktif bekerja pada molekul kompleks, seperti protein.

Untuk mendapatkan gambaran umum tentang perbedaan medan listrik dalam struktur, perhitungan komputasi peta potensial elektrostatis digunakan.

Perhitungan ini terdiri dari penempatan muatan titik positif dan memindahkannya di sepanjang permukaan molekul; di mana ada lebih sedikit kerapatan elektron, akan ada tolakan elektrostatis, dan dengan tolakan yang lebih besar, warna biru akan semakin kuat.

Jika kerapatan elektron lebih tinggi, akan terjadi tarikan elektrostatis yang kuat, yang diwakili oleh warna merah.

Perhitungan tersebut memperhitungkan semua aspek struktural, momen dipol dari ikatan, efek induktif yang disebabkan oleh semua atom yang sangat elektronegatif, dll. Dan sebagai hasilnya, Anda mendapatkan permukaan yang berwarna-warni dan menarik secara visual.

Perbandingan warna

Sumber: Wikimedia Commons

Di atas adalah peta potensial elektrostatis untuk molekul benzena. Perhatikan bahwa di tengah cincin terdapat kerapatan elektron yang lebih tinggi, sedangkan "ujung" cincinnya berwarna kebiruan, karena atom hidrogen yang kurang elektronegatif. Demikian pula, distribusi muatan ini disebabkan oleh karakter aromatik dari benzena.

Dalam peta ini warna hijau dan kuning juga diamati, menunjukkan perkiraan ke daerah miskin dan kaya elektron.

Warna-warna ini memiliki skalanya sendiri, berbeda dengan S-karnitin; dan oleh karena itu, tidak benar untuk membandingkan grup -CO ₂ ^- dan pusat cincin aromatik, keduanya diwakili oleh warna merah di petanya.

Jika mereka berdua mempertahankan skala warna yang sama, warna merah pada peta benzena akan berubah menjadi oranye samar. Di bawah standarisasi ini, peta potensial elektrostatis, dan dengan demikian kerapatan elektron dari berbagai molekul, dapat dibandingkan.

Jika tidak, peta hanya akan berfungsi untuk mengetahui distribusi muatan untuk satu molekul.

Reaktivitas kimiawi

Dengan mengamati peta potensial elektrostatis, dan oleh karena itu daerah dengan kerapatan elektron tinggi dan rendah, dapat diprediksi (walaupun tidak dalam semua kasus) di mana reaksi kimia akan terjadi dalam struktur molekul.

Kawasan dengan kerapatan elektron tinggi mampu “menyediakan” elektronnya kepada spesies di sekitarnya yang membutuhkan atau membutuhkannya; Spesies bermuatan negatif, E ⁺ , dikenal sebagai elektrofil.

Oleh karena itu, elektrofil dapat bereaksi dengan kelompok yang diwakili oleh warna merah (yang -CO ₂ ^{- kelompok} dan pusat dari cincin benzena).

Sedangkan daerah dengan kerapatan elektron rendah, bereaksi dengan spesies bermuatan negatif, atau dengan yang memiliki pasangan elektron bebas untuk berbagi; yang terakhir dikenal sebagai nukleofil.

Dalam kasus ^gugus -N (CH ₃ ) ₃ ⁺ , ia akan bereaksi sedemikian rupa sehingga atom nitrogen memperoleh elektron (tereduksi).

Kerapatan elektron dalam atom

Dalam atom, elektron bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi dan dapat berada di beberapa wilayah ruang pada waktu yang bersamaan.

Namun, seiring bertambahnya jarak dari inti, elektron memperoleh energi potensial elektronik dan distribusi probabilistiknya menurun.

Ini berarti bahwa awan elektronik sebuah atom tidak memiliki batas yang ditentukan, tetapi batasnya kabur. Oleh karena itu, tidak mudah menghitung jari-jari atom; kecuali jika ada tetangga yang membuat perbedaan dalam jarak inti mereka, setengahnya dapat diambil sebagai jari-jari atom (r = d / 2).

Orbital atom, serta fungsi gelombang radial dan sudutnya, menunjukkan bagaimana kerapatan elektron berubah sebagai fungsi jarak dari inti.

Referensi

1. Reed College. (sf). Apa itu kerapatan elektron? ROCO. Diperoleh dari: reed.edu
2. Wikipedia. (2018). Kepadatan elektron. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 Juni 2014). Definisi Densitas Elektron. Diperoleh dari: thinkco.com
4. Steven A. Hardinger. (2017). Glosarium Ilustrasi Kimia Organik: Densitas elektron. Diperoleh dari: chem.ucla.edu
5. Kimia LibreTexts. (29 November 2018). Ukuran Atom dan Distribusi Densitas Elektron. Diperoleh dari: chem.libretexts.org
6. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Kimia organik. Amina. ( Edisi ^ke 10. ). Wiley Plus.
7. Carey F. (2008). Kimia organik. (Edisi keenam). Mc Graw Hill.