В химии делокализованные электроны — это электроны в молекуле , ионе или твердом металле , которые не связаны 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 C6 часто графически обозначается окружностью. Тот факт, что шесть связей CC равноудалены, является одним из указаний на то, что электроны делокализованы; если бы структура имела изолированные двойные связи, чередующиеся с дискретными одинарными связями, связь также имела бы чередующиеся более длинные и более короткие длины. В теории валентных связей делокализация в бензоле представлена резонансными структурами .
Делокализованные электроны также существуют в структуре твердых металлов. Металлическая структура состоит из выровненных положительных ионов ( катионов ) в «море» делокализованных электронов. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться по всей структуре, и приводит к таким свойствам, как проводимость .
В алмазе все четыре внешних электрона каждого атома углерода «локализованы» между атомами в ковалентной связи. Движение электронов ограничено, и алмаз не проводит электрический ток. В графите каждый атом углерода использует только 3 из своих 4 внешних электронов энергетического уровня в 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 всей плоскости. По этой причине графит проводит электричество вдоль плоскостей атомов углерода, но не проводит в направлении под прямым углом к плоскости.
Стандартные методы квантовой химии ab initio приводят к делокализованным орбиталям , которые, в общем, 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 ab initio расчеты показывают характер связи в четырех молекулярных орбиталях, равномерно распределяющих электроны 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 индивидуальной связи в теории валентных связей, могут быть получены из линейной комбинации четырех молекулярных орбиталей.