¿Una molécula$H_2O$ realmente se vería como esta representación 3D si pudiéramos verla?

Question

Estoy tratando de conseguir una mucho mejor comprensión de los átomos y las moléculas y yo soy un aprendiz visual. He encontrado la imagen de arriba aquí. Esto intuitivamente tiene sentido para mí porque puedo ver cómo los electrones en los orbitales de cambio de una forma esférica a una forma de gota de lágrima después de este proceso:

Ahora el hidrógeno nubes de electrones han quedado atrapadas en el interior del átomo de oxígeno, ya que no puede superar la repulsión de los exteriores de oxígeno nubes de electrones.

La parte expuesta de los protones de hidrógeno que me ayude a entender cómo H2O es una molécula polar, porque le dan a los dos "extremos" de la molécula de una carga positiva y el otro lado de la molécula de una carga negativa, correspondiente a este modelo de H2O:

Mi pregunta es, ¿el primer modelo anterior representan en realidad la física de diseño del núcleo y nubes de electrones de una molécula de H2O (como mejor lo entendemos en la actualidad)?

Actualización

Se parece a la de los orbitales en la primera foto de arriba puede ser un poco apagado en la molécula de oxígeno ya que no debe haber dos conchas esféricas alrededor del núcleo de oxígeno (1S y 2S) con 2 electrones cada uno y luego los otros 4 electrones ocupan (pero no llenar) el 3 2P doble lágrima conchas en la X, Y, y Z (aunque no estoy seguro de por qué uno de los ejes de la 2P shell es más pequeño que los otros). Pero aparte de eso percibido discrepancia, el 4 electrones de valencia existiría en la forma de lagrimas orbitales 2P, ¿correcto? Que tendría sentido para mí, entonces, cómo el hidrógeno de electrones de los orbitales podrían quedar atrapados detrás de ellos.

( He usado este electrón orbital diagrama de oxígeno para referencia:

)

Answer 1

Como parte de un título de proyecto que calcula la densidad de electrones para varias moléculas pequeñas, tales como el agua y el amoníaco, y el decepcionante resultado es que todos ellos son, básicamente, de forma que los blobs, con sólo pequeños golpes en el que los átomos de hidrógeno están. Terminaron muy parecido a su última imagen de agua:

a pesar de que la imagen de la exagera la protuberancia en la densidad de electrones causada por los átomos de hidrógeno. Lamentablemente no tengo los resultados de mis cálculos, pero luego se hizo en 1983.

Así que si usted puede ver la molécula de agua, me temo que acaba de ver como un aproximadamente esférica aproximada de blob.

Answer 2

A pesar de que "una imagen vale más que mil palabras", en algunos casos, explicando lo que es una imagen que representa requiere más palabras. Este es el caso de la representación gráfica de la densidad electrónica y electrónica de los orbitales.

Primero de todo, los dos conceptos no deben confundirse. Electrónica Total densidad puede ser medido, mientras que los conceptos teóricos al de una partícula orbitales no. En muchas visualizaciones de estados electrónicos en los átomos y moléculas de los dos se mezclan cantidades. Todavía son diferentes (los orbitales son funciones complejas en general, e incluso si de una representación real es seleccionado llevan un signo, mientras que la densidad, el estar conectado a una plaza de módulo es positivo por definición).

Incluso si uno se limita la atención a las representaciones gráficas de densidad de electrones, de nuevo un poco de cuidado es necesario para interpretar las imágenes:

• algunos de ellos tienen la intención de ser puramente cualitativo, mientras que otros provienen de cálculos cuantitativos;
• hay muchas formas de representar gráficamente una densidad 3D. El más común de usa, en el caso de la electrónica en la densidad de la visualización son: iso-densidad de la superficie de las parcelas y las nubes de puntos, ambos con algunos de los pros y los contras.
• en algunos (la mayoría) de los casos sólo de la densidad electrónica correspondiente a una sola o a la más alta de los orbitales que se muestra, en otros (pocos) casos en los que la densidad total se muestra.

Además, la imagen que uno puede obtener de una iso densidad de la superficie puede variar mucho dependiendo del valor de la densidad, que es intrínsecamente bastante un valor arbitrario.

Después de todas estas palabras de precaución, debo añadir que, probablemente, la mejor estrategia es utilizar más de un método de visualización con el fin de obtener una comprensión visual de la configuración electrónica, siempre teniendo en cuenta que la densidad electrónica es un promedio de la cantidad.

Sobre tus preguntas:

¿el primer modelo anterior, en realidad representan la distribución física de el núcleo y nubes de electrones de una molécula de H2O (como mejor nos entendemos actualmente)?

La primera imagen se ve bastante difícil de entender para mí. Por supuesto, no hay ninguna indicación. Pero incluso cualitativamente, hay un par de sospechosos características: i) los puntos afilados; ii) un muy no físico forma esférica alrededor de oxígeno; iii) la presencia y la posición de los cuatro lágrimas como sall blobs. No quiero asignar un alto grado de fiabilidad a este icture como una fiel representación de lo real de la densidad de electrones. Probablemente fue concebido como una puramente cualitativo de la representación de una combinación lineal de orbitales atómicos sin ninguna pretensión de conexión a la densidad de electrones de la molécula.

Tan lejos como el más simétrica blob se muestra también por John Rennie, parece más razonable, pero sólo si uno está representando el valor de la densidad de carga. El real de la densidad de carga de la molécula de agua parecen muy diferentes, teniendo en cuenta que el oxígeno conributes a la densidad total con 8 electrones,mientras que cada uno de hidrógeno con uno solo.

Answer 3

Según el significado de "si pudiéramos ver". Si microscopía de fuerza puede ser considerado como ver (personalmente creo que sí, si que razonablemente se puede ordenar una imagen de los datos observados, por ejemplo, de difracción de rayos x o de microscopía electrónica como la más conocida de las técnicas), a continuación, este papel es uno entre otros que informe molecular directo/atomic/bonos imágenes:

https://www.nature.com/articles/ncomms8766

Tenga en cuenta que en una molécula no todas las "partes" son igualmente "visto" por la punta del AFM. Por ejemplo pueden ser espacialmente inaccesibles o más/menos químicamente afines a ella. La combinación de diferentes capas pueden llevar a cabo los detalles y/o mejorar el contraste, un poco como la técnica de HDR en fotografía si puedo usar una suelta de analogía.

Además, la asignación de funciones específicas a determinados orbitales/bonos, eventualmente, puede ser logrado mediante la comparación de las diversas imágenes y cálculos - y aunque con los límites mencionados anteriormente que la imagen final es la que representa a la molécula como un todo.

Más específicamente a su respuesta: la molécula de agua es probable que mirar como en la segunda trama. A la fecha todos molecular imágenes resultó ser llamativo similar a lo que fue esbozada bien antes de usar cualquiera de las técnicas de imagen, pero sólo cálculos o incluso en función de las propiedades químicas, reacciones y productos de formación ^.

Todas las imágenes son prácticamente superponibles a orbital y la densidad de carga de las parcelas, así como a los gráficos que sirven como marco y son conocidos como molecular de las fórmulas estructurales. Las últimas fueron en uso ya en el siglo 19!

A la pregunta ¿podemos ver un solo orbital? No es el único electrón de curso, pero esta es la razón por la que el concepto de orbital surgido. Este último hecho puede ser visto al menos a través de su correspondiente densidad de carga en algunos discriminatorias nivel, al igual que en el cálculo de s.

Tal vez tecnicismos y reactividad impedido, hasta la fecha la formación de imágenes de un solo átomo de H, pero, en principio, una imagen puede ser obtenida como para el TPDCA molécula tomado como ejemplo de arriba.

Será una forma más o menos aproximada de la esfera - podemos confiar en que.

^propiedades físicas juegan un gran papel, también. Por ejemplo, la existencia de los enantiómeros sugirió una geometría tetraédrica alrededor de los átomos de C.

editar después de encontrar un básicamente idéntica pregunta con valiosas respuestas. Mientras que la discusión de la afm y de rayos x diff. ya están en mi, hay un enlace a una espectacular resultados de representación de H orbital en 3-D!

https://chemistry.stackexchange.com/questions/57784/has-anyone-even-taken-a-picture-of-a-molecule-to-confirm-the-geometry-predicted