Kerapatan elektron adalah ukuran probabilitas
elektron yang hadir di lokasi tertentu.
Dalam molekul, daerah
Kerapatan elektron biasanya ditemukan di sekitar atom, dan ikatannya. Dalam sistem terdelokalisasi atau sistem terkonjugasi, seperti fenol, benzena dan senyawa seperti hemoglobin dan klorofil,
Kerapatan elektron mencakup seluruh wilayah, yaitu, pada benzena mereka ditemukan di atas dan di bawah cincin planar. Hal ini kadang digambarkan sebagai rangkaian ikatan tunggal dan rangkap bergantian. Dalam kasus fenol dan benzena, lingkaran di dalam segi enam menunjukkan sifat terdelokalisasi senyawa tersebut, Seperti ditunjukkan di bawah ini:
Dalam senyawa dengan beberapa sistem cincin yang saling berhubungan, cara penggambaran ini tidak lagi akurat, jadi digambarkan dengan selang-seling ikatan tunggal dan ganda. Dalam senyawa seperti klorofil dan fenol, beberapa diagram menunjukkan garis putus-putus atau titik-titik untuk mewakili delokalisasi daerah yang
Kerapatan elektronnya lebih tinggi di sebelah ikatan tunggal. Sistem terkonjugasi terkadang dapat mewakili daerah yang menyerap radiasi elektromagnetik pada panjang gelombang yang berbeda sehingga menghasilkan senyawa yang tampak berwarna. Dalam polimer, area ini dikenal sebagai kromofor.
Dalam kalkulasi kimia kuantum,
Kerapatan elektron, ρ(r), adalah fungsi dari koordinasi r, yang didefinisikan sedemikian rupa sehingga ρ(r)dr adalah jumlah
elektron dalam volume kecil dr. Untuk molekul kelopak tertutup,
ρ
(
r
)
{\displaystyle \rho (\mathbf {r} )}
dapat ditulis dalam bentuk produk dari fungsi dasar, φ:
ρ
(
r
)
=
∑
μ
∑
ν
P
μ
ν
ϕ
μ
(
r
)
ϕ
ν
(
r
)
{\displaystyle \rho (\mathbf {r} )=\sum _{\mu }\sum _{\nu }P_{\mu \nu }\phi _{\mu }(\mathbf {r} )\phi _{\nu }(\mathbf {r} )}
dengan P adalah matriks densitas.
Kerapatan elektron sering diberikan dalam istilah isopermukaan (permukaan isodensitas) dengan ukuran dan bentuk permukaan yang ditentukan oleh nilai
Kerapatan yang dipilih, atau dalam persentase
elektron total yang mengelilinginya.
Perangkat lunak pemodelan molekuler sering menyediakan citra grafis
Kerapatan elektron. Misalnya, pada anilin (lihat gambar di kanan). Model grafis, termasuk
Kerapatan elektron adalah alat yang umum digunakan dalam pendidikan kimia. Perhatikan pada gambar anilin paling kiri,
Kerapatan elektron tinggi dikaitkan dengan karbon dan nitrogen, namun hidrogen yang hanya memiliki satu proton di dalam intinya, tidak terlihat. Inilah alasan mengapa difraksi sinar-X memiliki waktu sulit untuk menentukan posisi hidrogen.
Sebagian besar paket perangkat lunak pemodelan molekuler memungkinkan pengguna memilih nilai untuk
Kerapatan elektron, yang sering disebut IsoValue. Beberapa perangkat lunak juga memungkinkan spesifikasi
Kerapatan elektron dalam hal persentase
elektron total yang mengelilingi. Bergantung pada IsoValue (unit tipikal adalah
elektron per bohr kubik), atau persentase
elektron total tertutup, permukaan
Kerapatan elektron dapat digunakan untuk menemukan atom, menekankan kepadatan
elektron yang terkait dengan ikatan kimia, atau untuk menunjukkan ukuran dan bentuk molekul secara keseluruhan.
Secara grafis, permukaan
Kerapatan elektron juga berfungsi sebagai kanvas dimana properti elektronik lainnya dapat ditampilkan. Peta potensial elektrostatik (sifat potensial elektrostatik yang dipetakan pada
Kerapatan elektron) memberikan indikator untuk distribusi muatan dalam sebuah molekul. Peta potensi ionisasi lokal (sifat potensial ionisasi lokal yang dipetakan pada
Kerapatan elektron memberikan indikator elektrofilisitas. Dan peta LUMO (orbital molekul tak terisi terkecil, bahasa Inggris: Lowest Unoccupied Molecular Orbital) yang dipetakan pada
Kerapatan elektron) dapat memberikan indikasi untuk nukleofilitas.
Percobaan
Banyak teknik eksperimen yang bisa mengukur
Kerapatan elektron. Misalnya, melalui pemindaian difraksi sinar-X, di mana sinar-X dengan panjang gelombang yang sesuai ditembakkan pada sampel target dan pengukuran dilakukan dari waktu ke waktu, memberikan representasi probabilistik lokasi
elektron dapat ditemukan. Dari posisi ini struktur molekul sistem kristal sering kali dapat ditentukan. Elektrodinamika kuantum dan beberapa cabang teori kuantum juga mempelajari dan menganalisis superposisi
elektron dan fenomena terkait lainnya. Analisis populasi Mulliken didasarkan pada
Kerapatan elektron dalam molekul dan merupakan cara untuk membagi
Kerapatan antar atom untuk memberi perkiraan muatan atom.
Dalam mikroskop
elektron transmisi (bahasa Inggris: transmission electron microscopy, TEM) dan hamburan taklenting mendalam (bahasa Inggris: deep inelastic scattering), serta eksperimen partikel energi tinggi lainnya,
elektron energi tinggi berinteraksi dengan awan
elektron menghasilkan representasi langsung
Kerapatan elektron. Mikroskopi penerowongan payaran (bahasa Inggris: scanning tunneling microscopy, STM) dan mikroskopi gaya atom (bahasa Inggris: Atomic-force microscopy, AFM) dapat digunakan untuk menyelidiki kepadatan
elektron atom tunggal tertentu.
Rapatan spin
Rapatan spin adalah
Kerapatan elektron yang diterapkan pada radikal bebas. Ini didefinisikan sebagai
Kerapatan elektron total dari
elektron dengan spin tertentu dikurangi
Kerapatan elektron total dari
elektron dengan spin lainnya. Salah satu cara untuk mengukurnya secara eksperimental adalah dengan resonansi spin
elektron, difraksi neutron memungkinkan pemetaan langsung kepadatan spin di ruang 3D.
Lihat juga
Perbedaan peta
Kerapatan
Awan
elektron
Konfigurasi
elektron
Resolusi (
Kerapatan elektron)
Kerapatan muatan
Catatan
Referensi