Puede átomos de deslocalizar en las moléculas?

Question

Los electrones pueden transferir a través de múltiples igualmente probables estructuras de unión. Puede átomos de deslocalizar a través de múltiples igualmente probable estructuras de unión en ciertos casos?

A mí me parece que ese efecto podría ser más pronunciado con muy pequeños átomos tales como el hidrógeno.

Además, yo esperaría que tales efectos en su mayoría a ocurrir con los enlaces de hidrógeno y las interacciones catión-pi.

Una posibilidad que me estoy imaginando pegue los extremos de un montón de las moléculas lineales que terminan en grupos OH o flourine a los átomos juntos.

Answer 1

Puede átomos de deslocalizar a través de múltiples igualmente probable estructuras de unión en ciertos casos?

En caso de que ocurra, es muy rara. A través de mis 10 años de trabajo en la química, no he encontrado una vez a un caso en el que puede ser relevante. Sin embargo, lo que funciona y de hecho afectan la química es reversible reordenamientos.

El caso más simple es la rotación de las moléculas alrededor de enlaces sencillos. Otro es el nitrógeno de la inversión. Los casos más complejos también existen. Esas cosas que a veces hacen que la interpretación de la RMN bastante difícil. RMN da un pico para cada no-igualdad de núcleo en la molécula. Cuando reordenamiento interno, se hace a veces que dos átomos de 'igual', es decir, el intercambio de lugares demasiado rápido para RMN de captar la diferencia y la producción de un solo pico en su lugar. Esto, sin embargo, es "cuasi-deslocalización", ya que no hay necesidad de recurrir a la deslocalización para explicar dicho fenómeno.

Otro de los fenómenos cuánticos a menudo se observa es la construcción de túneles. Afecta ligeramente efectiva de las velocidades de reacción/barreras y espectros de vibración.

De todos modos, la longitud de onda de de Broglie de protones es mil veces menor que la de los electrones, de modo que los efectos cuánticos en el núcleo de movimiento generalmente eclipsado por los efectos cuánticos de los electrones en movimiento.

Answer 2

La deslocalización es una onda de propiedad. La menor masa de los objetos tienen, más se comportan como ondas y menos como partículas. Los electrones son, en masa, de 1837 veces más ligero que el de protones, por lo que la onda carácter de un núcleo atómico es significativamente menos pronunciada y, generalmente, de ninguna consecuencia.

Echa un vistazo a los tres-centro de dos electrones bonos (por ejemplo, en diborane) y tres-centro de cuatro electrones de los bonos (por ejemplo, en el biflouride anión $[F-H-F]^-$): Esto parece referirse a lo que usted está hablando acerca de los grupos OH.

La ola carácter de los núcleos más grandes y los objetos ha sido demostrado, sin embargo: véase, por ejemplo, los experimentos de Arndt et al. con $C_{60}$: http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v401/n6754/full/401680a0_fs.html&content_filetype=PDF

Answer 3

Si lo que usted sugiere eran comunes entonces sería difícil decidir qué una molécula es como su estructura puede consistir en formas innumerables. Así, la cristalografía de rayos x de no producir una estructura y espectros de rmn sería más probable uninterpretable. Como esto no es generalmente el caso no puede haber muchos (posiblemente alguna?) ejemplos de estos que no implican H (o D) los átomos.

Normalmente se considera que el amoníaco de la inversión como átomos de H túneles, pero, ¿qué acerca de la rápida de la inversión ($10^{8}$ s$^{-1}$) de, por ejemplo, el tazón en forma de molécula de corrannulene(C$_{20}$H$_{10}$ ver abajo y web molecule-viewer.com para el rotativo imagen de la estructura 3D). Presumiblemente corrannulene no se túnel, de un tazón en forma de formulario a otro como su masa es tan grande, pero cruza la inversión de la barrera de la parte superior debido a la energía térmica de excitación. Del mismo modo, la rotación de los grupos alquilo en su rotación potencial es activado térmicamente.

El punto importante es que siempre hay una competencia entre los túneles y de la barrera de cruce. Todos los átomos pueden túnel, la luz más fácilmente que son pesados pero generalmente átomo pesado túneles no puede competir con barrera térmica de cruzar y no se observa.

Otros túneles ejemplos son los tautómeros muestra en la página de la Wikipedia y de involucrar a hidrógeno. Si tautomería se produce en la fase de gas, entonces se debe suponer que es debido a tunelización del átomo de H, pero en la solución puede ser diferente átomo de H que se va y vuelve. Otro ejemplo es la H de bonos, como en la estructura de ADN, donde el átomo de H se puede mover entre dos átomos (O..H..N y N..H..N) o sugerido por @Zubo .