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 простом ароматическом кольце бензола делокализация шести π - электронов по кольцу C 6 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 длину большей и меньшей длины. В теории валентных связей делокализация в бензоле представлена резонансными структурами .
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.
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. Локализованные sp 3- орбитали, соответствующие каждой отдельной связи в теории валентных связей, могут быть получены из линейной комбинации четырех молекулярных орбиталей.