ความหมายของอิเล็กตรอนแบบแยกส่วนในวิชาเคมี

ในทางเคมี อิเล็กตรอนแบบแยกส่วนคืออิเล็กตรอนหรือคู่ของอิเล็กตรอนที่เป็นของอะตอม โมเลกุล หรือไอออนที่ไม่ถูกจำกัดให้หมุนรอบอะตอมที่มีพันธะเคมีเดี่ยวหรืออะตอมคู่ แต่มีอิสระในการเคลื่อนที่ผ่านโมเลกุลหรือของแข็ง คำนี้หมายถึงอิเล็กตรอนที่ไม่ได้อยู่ในอะตอมหรือพันธะโควาเลนต์

อิเล็กตรอนแบบแยกส่วนสามารถเป็นได้ทั้งอิเล็กตรอนที่มีพันธะหรืออิเล็กตรอนที่ไม่สร้างพันธะ นอกจากนี้ยังสามารถปรากฏได้ทั้งในออร์บิทัลของอะตอมและออร์บิทัลของโมเลกุล กุญแจสำคัญในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ทำให้เกิดการแยกส่วนคือการรวมกันของออร์บิทัลที่คล้ายกันระหว่างอะตอมที่อยู่ติดกัน สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้จากการเหลื่อมด้านข้างของ p ออร์บิทัลระหว่าง การสร้าง พันธะ piในพันธะโควาเลนต์คู่และสาม หรืออาจเกิดขึ้นจากการรวมกันของออร์บิทัลอะตอมของอะตอมโลหะในพันธะโลหะ

อิเล็กตรอนที่ถูกแยกออกจากกันในพันธะโควาเลนต์

ตามทฤษฎีพันธะเวเลนต์ พันธะโคเวเลนต์เกิดจากการทับกันของออร์บิทัลของอะตอมของเวเลนต์อิเล็กตรอนของอะตอมที่มีพันธะ เมื่ออะตอม 2 อะตอมสร้างพันธะโควาเลนต์ซึ่งกันและกันโดยใช้อิเล็กตรอนมากกว่า 1 คู่ร่วมกัน อิเล็กตรอนคู่แรกจะสร้างพันธะซิกมาโดยการทับซ้อนกันของออร์บิทัลของอะตอม 2 อะตอมที่อยู่ตามแนวแกนที่เชื่อมอะตอมทั้งสองเข้าด้วยกัน

อย่างไรก็ตาม อิเล็กตรอนคู่ที่สองและสามที่ใช้ร่วมกันใน พันธะ คู่และพันธะสาม ตามลำดับ ทำได้โดยการเหลื่อมด้านข้างของออร์บิทัลอะตอม p _และ p _zของสองอะตอมที่อยู่ติดกัน จึงสร้างพันธะ pi ออร์บิทัลเหล่านี้อยู่เหนือและใต้แกนที่เชื่อมกับอะตอม และไม่ได้อยู่บนแกนนี้โดยตรงเหมือนในกรณีของพันธะซิกมา

เมื่อมีพันธะมากกว่าหนึ่งพันธะในแถวผ่านสายโซ่ของอะตอม (เรียกว่า conjugate bonds) p ออร์บิทัลที่เป็นส่วนหนึ่งของหนึ่งในพันธะ pi ก็ซ้อนทับกับ p ออร์บิทัลที่สร้างพันธะถัดไป pi จึงก่อตัวขึ้น พันธะเดี่ยวที่ครอบคลุมอะตอมทั้งหมด อิเล็กตรอนร่วมพันธะที่พบในออร์บิทัลเหล่านี้ (เรียกว่า ไพอิเล็กตรอน) สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตลอดพันธะคอนจูเกตทั้งหมด ดังนั้น จึงกล่าวได้ว่าพวกมันถูกแยกส่วน

การแยกส่วนและเสียงสะท้อน

การแยกส่วนของอิเล็กตรอนนั้นชัดเจนโดยการวาดโครงสร้าง Lewis ที่แตกต่างกันของสารประกอบทางเคมี ในหลายโอกาส สารประกอบเดียวกันสามารถแสดงด้วยโครงสร้าง Lewis มากกว่าหนึ่งโครงสร้าง แต่ละโครงสร้างเหล่านี้สามารถแปลงเป็นโครงสร้างอื่นได้ผ่านการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน pi หรืออิเล็กตรอนคู่ที่ไม่สร้างพันธะผ่านโครงสร้าง กระบวนการของการเปลี่ยนแปลงจากโครงสร้าง Lewis หนึ่งไปยังอีกโครงสร้างหนึ่งเรียกว่าการสั่นพ้อง และเป็นวิธีกราฟิกในการดูการแยกอิเล็กตรอน

ในหลายกรณี หลักฐานจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างที่แท้จริงไม่ใช่โครงสร้างเรโซแนนซ์ใดๆ เหล่านี้ แต่เป็นการรวมกันของโครงสร้างเรโซแนนซ์ทั้งหมดในสิ่งที่เรียกว่าเรโซแนนซ์ไฮบริด หลักฐานการทดลองสำหรับการมีอยู่ของเรโซแนนซ์ไฮบริดในขณะเดียวกันก็เป็นหลักฐานการทดลองสำหรับการแยกวงของอิเล็กตรอน pi ในโมเลกุล

การเป็นตัวแทนของอิเล็กตรอนแบบแยกส่วน

เมื่อเราแสดงโมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนแบบแยกส่วนแบบกราฟิก เราจะทำผ่านโครงสร้างเรโซแนนซ์ ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น โครงสร้างนี้เป็นการรวมกันของโครงสร้างเรโซแนนซ์แต่ละตัว โดยที่พันธะซิกมาทั้งหมดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม พันธะ pi ระหว่างอะตอมต่างๆ นั้นบางครั้งก็มีและบางครั้งก็ไม่มี ดังนั้นโดยเฉลี่ยแล้วพวกมันสามารถแสดง เป็นพันธะระหว่าง พันธะคู่และพันธะโควาเลนต์เดี่ยวได้

โครงสร้างเรโซแนนซ์เชิงสมมุติฐานแรกคือโครงสร้างของเบนซีนที่เสนอโดยเคคูเล ในนั้น อิเล็กตรอน pi ไม่ได้อยู่ในพันธะ pi สามตัว แต่หมุนรอบโมเลกุลอย่างอิสระ

อิเล็กตรอนที่ถูกแยกออกจากกันในพันธะโลหะ

โลหะเป็นกลุ่มธาตุที่ใหญ่ที่สุดในตารางธาตุ ลักษณะเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะคือมีค่าการนำไฟฟ้าสูง ซึ่งแสดงว่าอิเล็กตรอนของอะตอมที่ประกอบกันเป็นโลหะมีอิสระในการเคลื่อนที่อย่างมาก กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกมันจะถูกแยกส่วน ในกรณีนี้ การแยกอิเล็กตรอนออกจากกันเกิดจากลักษณะของพันธะโลหะ มีสองทฤษฎีที่อธิบายพันธะโลหะและคุณสมบัติของมัน: ทฤษฎีแก๊สอิเล็กตรอน (เรียกอีกอย่างว่าเมฆอิเล็กตรอนหรือทฤษฎีทะเลอิเล็กตรอน) และทฤษฎีแถบ

ทฤษฎีแก๊สอิเล็กทรอนิกส์

ในทฤษฎีแก๊สอิเล็กตรอน ของแข็งโลหะถือเป็นโครงผลึกที่เกิดจากไอออนบวกที่สูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนไป ซึ่งไหลอย่างอิสระในรอยต่อของโครงผลึก ราวกับว่ามันเป็นแก๊สที่เกิดจากอิเล็กตรอน (แก๊สอิเล็กทรอนิกส์) ที่ฟุ้งกระจาย ผ่านตัวกลางที่มีรูพรุน

ในทฤษฎีนี้ อะตอมของโลหะแต่ละอะตอมจะสูญเสียเวเลนต์อิเล็กตรอนหรืออิเลคตรอน ดังนั้นพวกมันจึงไม่อยู่ในตำแหน่งเดียวในของแข็งอีกต่อไป เป็นผลให้มีการกล่าวว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้ถูกแยกออกจากกัน

ทฤษฎีวงดนตรี

ทฤษฎีวงดนตรีเป็นการประยุกต์เฉพาะของทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลกับพันธะโลหะ ในทฤษฎีนี้ โลหะถือเป็นโมเลกุลสามมิติที่เกิดจากอะตอม N พันธะเข้าด้วยกัน พันธะโลหะอธิบายได้โดยการซ้อนทับกันของออร์บิทัลของอะตอมของแต่ละอะตอมที่ก่อตัวเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เป็นโลหะนี้ จึงก่อรูปเป็นชุดของออร์บิทัลโมเลกุล N

ออร์บิทัลของโมเลกุลเหล่านี้สามารถเกิดพันธะ ต้านพันธะ และไม่เกิดพันธะ ออร์บิทัลโมเลกุลจำนวนมากที่ก่อตัวขึ้นกลายเป็นวงออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเกือบต่อเนื่องระหว่างกัน

การรวมกันเพิ่มเติมของออร์บิทัลพ็อดที่ว่างเปล่ายังก่อให้เกิดแถบของออร์บิทัลที่มีพันธะว่างเปล่าและออร์บิทัลที่ต้านพันธะ ในกรณีของโลหะ สิ่งเหล่านี้ทับซ้อนกับออร์บิทัลของโมเลกุลซึ่งครอบครองโดยเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมที่ประกอบกันเป็นของแข็ง การเหลื่อมกันนี้ทำให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถเลื่อนตำแหน่งไปยังออร์บิทัลว่างที่แผ่ไปทั่วของแข็งทั้งหมดได้อย่างง่ายดาย จึงทำให้พวกมันสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระผ่านของแข็ง อธิบายถึงการนำไฟฟ้าของโลหะ

ตัวอย่างของอิเล็กตรอนแบบแยกส่วน

Pi อิเล็กตรอนของกราไฟต์

กราไฟต์เป็นของแข็งโมเลกุลที่ประกอบด้วยชั้นของอะตอมของคาร์บอนที่ถูกผูกมัดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงตาข่ายหกเหลี่ยมของอะตอม ผสม sp ² ในแต่ละวงโคจรเหล่านี้ p _z ออร์บิทัล ของอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมซ้อนทับกับวงโคจร p _zของอะตอมข้างเคียงทั้งสาม ก่อตัวเป็นระบบไพอิเล็กตรอนที่ครอบคลุมพื้นผิวทั้งหมดของเปลือก การซ้อนเลเยอร์บนเลเยอร์ทำให้เกิดระบบอิเล็กตรอนแบบแยกส่วนอย่างกว้างขวาง ซึ่งให้กราไฟต์มีค่าการนำไฟฟ้าสูงตามระนาบของเลเยอร์

ตรงกันข้ามเป็นจริงสำหรับallotrope ทั่วไป ของคาร์บอนเพชร ประกอบด้วยเครือข่ายสามมิติของอะตอมคาร์บอนที่มีการผสมแบบ sp ³ซึ่งอะตอมของคาร์บอนทั้งหมดสร้างพันธะซิกมาซึ่งอิเล็กตรอนอยู่ในตำแหน่งที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งทำให้เพชรเป็นหนึ่งในฉนวนไฟฟ้าที่ดีที่สุดที่รู้จักกัน

อิเล็กตรอน 3s ของโซเดียม

โซเดียมเป็นโลหะอัลคาไลที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเดี่ยวในออร์บิทัล 3 วินาที ไม่ว่าเราจะมองพันธะระหว่างอะตอมของโซเดียมจากมุมมองของทฤษฎีก๊าซอิเล็กตรอนหรือจากมุมมองของทฤษฎีแถบ เวเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ของอะตอมโซเดียมแต่ละอะตอมมีอิสระในการเคลื่อนที่ตามความยาวของโลหะอย่างสมบูรณ์ ซึ่งเป็นตัวแทนของตัวอย่างของ อิเล็กตรอนแบบแยกส่วน

อิเล็กตรอน 10 pi ของแนฟทาลีน

เช่นเดียวกับเบนซินและสารประกอบอินทรีย์ อื่นๆ อิเล็กตรอน pi ของแนฟทาลีนจะถูกแยกออกจากกันและเคลื่อนที่อย่างอิสระไปตามพื้นผิวของโมเลกุลคาร์บอน 10 อะตอม

อ้างอิง

ช้าง ร. (2564). เคมี ( ^ฉบับ ที่ 11 ) MCGRAW HILL การศึกษา

อิเล็กตรอนแบบแยกส่วน (น). ScientificTexts.com https://wikioes.icu/wiki/delocalized_electron

Ledesma, JM (2019, 11 ตุลาคม) ลักษณะโครงสร้างของเบนซีนของเคคูเล: ตัวอย่างความคิดสร้างสรรค์และฮิวริสติกในการสร้างความรู้ทางเคมี ไม่มี https://www.redalyc.org/journal/2510/251063568018/html/

เคมี.ศ. (น). Electronic_offshoring . เคมี.is. https://www.quimica.es/enciclopedia/Deslocalicaci%C3%B3n_electr%C3%B3nica.html

เคมทูป. (น). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพันธะโลหะ: แบบจำลองของทะเลอิเล็กตรอน | เคมิทูบ quimitube.com https://www.quimitube.com/videos/introduccion-al-enlace-metalico-modelo-del-mar-de-electrones-o-del-gas-electronico/

ตำราวิทยาศาสตร์. (2549, 16 พฤษภาคม). ทฤษฎีวงดนตรี . ScientificTexts.com https://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/enlace-metales/teoria-bandas