Delokalizovaný elektrón

Benzén s delokalizovanými elektrónmi znázornenými pomocou kruhu.

V chémii sa ako delokalizovaný elektrón sa označuje elektrón v molekule, ióne alebo pevnom kove, ktorý nie je asociovaný s jedným konkrétnym atómom alebo jednou konkrétnou kovalentnou väzbou.

Delokalizácia je všeobecný pojem a môže mať rozličné významy podľa použitia:

• v organickej chémii sa týmto pojmom označuje rezonancia v konjugovaných systémoch a aromatických zlúčeninách,
• vo fyzike pevných látok sa týmto pojmom označujú voľné elektróny, ktoré sprostredkovávajú elektrickú vodivosť,
• v kvantovej chémii sa týmto pojmom označujú elektróny v molekulárnych orbitáloch, ktoré sa rozprestierajú cez niekoľko susedných atómov.

Rezonancia

Príklady rezonančných štruktúr. Elektróny sa v molekulách môžu presúnuť od jedného atómu k druhému, takže nie sú lokalizované na konkrétnom atóme či väzbe.

V jednoduchom aromatickom kruhu benzénu je šesť delokalizovaných pí elektrónov. Tieto elektróny sú rozložené po šesťuhlíkatom kruhu a graficky sa často znázorňujú kruhom. Všetkých šest C–C má rovnakú dĺžku (sú ekvidistantné), čo naznačuje delokalizáciu elektrónov – ak by štruktúra mala izolované jednoduché a dvojité väzby, odpovedali by tomu dĺžky väzieb. V teórii valenčných väzieb sú delokalizované elektróny benzénu naznačované rezonančnými štruktúrami.

Elektrická vodivosť

Delokalizované elektróny existujú i v štruktúre pevných kovov. Štruktúra kovov sa skladá z kladných iónov (katiónov) usporiadaných v mriežke, ktorá je obklopená záporne nabitými delokalizovanými elektrónmi. To znamená, že elektróny sa môžu voľne pohybovať, čo umožňuje ich elektrickú vodivosť.

V diamante sú všetky elektróny valenčnej vrstvy každého atómu uhlíka lokalizované medzi atómami v kovalentnej väzbe. Pohyb elektrónov je obmedzený, preto diamant nevedie elektrický prúd. V grafite však každý atóm uhlíka využíva len tri zo svojich štyroch valenčných elektrónov na kovalentné väzby k trom ďalším atómom uhlíka v rovine. Každý atóm uhlíka tak prispieva jeden elektrón k delokalizovanému systému elektrónov, ktorý je takisto súčasťou chemickej väzby medzi nimi (podobne, ako u benzénu). Delokalizované elektróny sa môžu voľne pohybovať v rovine, vďaka čomu grafit vedie elektrický prúd v rovine uhlíkových atómov. Nevedie však elektrický prúd v smeroch kolmo na túto rovinu.

Molekulárne orbitály

Štandardné ab initio metódy kvantovej chémie vedú k delokalizovaným orbitálom, ktoré sa všeobecne rozprestierajú cez celú molekulu a majú symetriu zhodnú s molekulou. Lokalizované orbitály potom možno nájsť ako lineárnu kombináciu delokalizovaných orbitálov, ak je známa správna unitárna transformácia.^{[chýba zdroj]}

U molekuly metánu ukazujú ab initio výpočty väzbový charakter v štyroch molekulárnych orbitáloch, ktoré zdieľajú elektróny rovnomerne medzi všetkých päť atómov. Existujú dve hladiny orbitálov, väzbový molekulárny orbitál tvorený 2s orbitálom uhlíka a trikrát degenerované väzbové molekulárne orbitály každého z 2p orbitálov uhlíka. Lokalizované sp³ orbitály odpovedajúce každej individuálnej väzbe v teórii valenčnej väzby je možné získať lineárnou kombináciou týchto štyroch molekulárnych orbitálov.^{[chýba zdroj]}

Pozri aj

• Prúd aromatického kruhu
• Elektrid
• Solvatovaný elektrón

Zdroj

Chemický portál

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Delocalized electron na anglickej Wikipédii.