비편재화된 전자

화학에서, 비편재화된 전자(delocalized electron)는 하나의 원자나 공유 결합과 관련되지 않은 분자, 이온 또는 고체 금속 내의 전자를 말한다.^[1]

벤젠, 전자의 비편재화가 원으로 표시되어 있다.

비편재화라는 용어는 일반적이며 분야에 따라 약간 다른 의미를 가질 수 있다.

• 유기화학에서는 공액계와 방향족 화합물에서 공명을 지칭한다.
• 고체물리학에서는 전기 전도를 촉진하는 자유 전자를 지칭한다.
• 양자화학에서는 여러 인접한 원자에 걸쳐 확장된 분자 궤도 전자를 지칭한다.

공명

 이 부분의 본문은 공명 (화학)입니다.

벤젠의 단순 방향족 고리에서 6개의 π 전자가 C₆ 고리에 걸쳐 비편재화되는 것은 종종 원으로 그래픽적으로 표시된다. 6개의 C-C 결합 길이가 동일하다는 사실은 전자가 비편재화되어 있다는 한 가지 지표이다. 만약 구조가 분리된 이중 결합과 개별적인 단일 결합이 번갈아 나타난다면, 결합 길이 또한 길고 짧은 길이가 번갈아 나타날 것이다. 원자가 결합 이론에서 벤젠의 비편재화는 공명 구조로 표현된다.

전기 전도

 이 부분의 본문은 금속 결합입니다.

비편재화된 전자는 고체 금속의 구조에도 존재한다. 금속 구조는 비편재화된 전자 "바다" 속에 정렬된 양이온(양이온)으로 구성된다. 이는 전자가 구조 전체를 자유롭게 이동할 수 있음을 의미하며, 도전율과 같은 특성을 발생시킨다.

다이아몬드에서는 각 탄소 원자의 4개의 바깥 전자 모두가 공유 결합에서 원자들 사이에 '국부화'되어 있다. 전자의 움직임이 제한되어 다이아몬드는 전류를 전도하지 않는다. 흑연에서는 각 탄소 원자가 4개의 바깥 에너지 준위 전자 중 3개만을 사용하여 평면 내의 다른 세 탄소 원자와 공유 결합을 형성한다. 각 탄소 원자는 화학 결합의 일부인 비편재화된 전자 시스템에 전자 하나를 기여한다. 비편재화된 전자는 평면 전체를 자유롭게 이동할 수 있다. 이러한 이유로 흑연은 탄소 원자 평면을 따라 전기를 전도하지만, 평면에 직각인 방향으로는 전도하지 않는다.

분자 궤도

 이 부분의 본문은 분자 궤도입니다.

표준 제1원리 계산은 일반적으로 분자 전체에 걸쳐 확장되고 분자의 대칭성을 갖는 비편재화된 궤도를 생성한다. 국부화된 궤도는 적절한 유니타리 변환에 의해 주어진 비편재화된 궤도의 선형 결합으로 찾을 수 있다.

메탄 분자에서 제1원리 계산은 모든 다섯 원자 사이에 전자를 균일하게 공유하는 네 개의 분자 궤도에서 결합 특성을 보여준다. 탄소의 2s 궤도에서 형성된 하나의 결합 분자 궤도와 탄소의 각 2p 궤도에서 형성된 삼중으로 퇴화된 결합 분자 궤도의 두 가지 궤도 준위가 있다. 원자가 결합 이론에서 각 개별 결합에 해당하는 국부화된 sp³ 궤도는 네 개의 분자 궤도의 선형 결합으로부터 얻을 수 있다.

같이 보기

• 방향족 고리 전류
• 전하계
• 용매화 전자