Electrón deslocalizado

En química, los electrones deslocalizados son electrones en una molécula, ion o metal sólido que no están asociados con un solo átomo o un enlace covalente.

El término deslocalización es general y puede tener significados ligeramente diferentes en diferentes campos:

• En química orgánica, se refiere a la resonancia en sistemas conjugados y compuestos aromáticos.
• En física del estado sólido, se refiere a los electrones libres que facilitan la conducción eléctrica.
• En química cuántica, se refiere a los electrones orbitales moleculares que se han extendido sobre varios átomos adyacentes.

Resonancia

En el anillo aromático simple del benceno, la deslocalización de seis electrones π sobre el anillo C ₆ a menudo se indica gráficamente mediante un círculo. El hecho de que los seis enlaces CC sean equidistantes es una indicación de que los electrones están deslocalizados; si la estructura tuviera enlaces dobles aislados que se alternan con enlaces simples discretos, el enlace también tendría longitudes alternas más largas y más cortas. En la teoría del enlace de valencia, la deslocalización en el benceno está representada por estructuras de resonancia.

Conducción eléctrica

Los electrones deslocalizados también existen en la estructura de los metales sólidos. La estructura metálica consiste en iones positivos alineados (cationes) en un "mar" de electrones deslocalizados. Esto significa que los electrones pueden moverse libremente por toda la estructura y da lugar a propiedades como la conductividad.

En el diamante, los cuatro electrones externos de cada átomo de carbono están 'localizados' entre los átomos en enlace covalente. El movimiento de los electrones está restringido y el diamante no conduce la corriente eléctrica. En el grafito, cada átomo de carbono usa solo 3 de sus 4 electrones de nivel de energía exterior para unirse covalentemente a otros tres átomos de carbono en un plano. Cada átomo de carbono aporta un electrón a un sistema deslocalizado de electrones que también forma parte del enlace químico. Los electrones deslocalizados son libres de moverse por todo el plano. Por esta razón, el grafito conduce la electricidad a lo largo de los planos de los átomos de carbono, pero no en una dirección perpendicular al plano.

Orbitales moleculares

Los métodos estándar de química cuántica ab initio conducen a orbitales deslocalizados que, en general, se extienden sobre una molécula completa y tienen la simetría de la molécula. Entonces, los orbitales localizados se pueden encontrar como combinaciones lineales de los orbitales deslocalizados, dadas por una transformación unitaria apropiada.

En la molécula de metano, los cálculos ab initio muestran un carácter de enlace en cuatro orbitales moleculares, compartiendo los electrones de manera uniforme entre los cinco átomos. Hay dos niveles de orbitales, un orbital molecular enlazante formado a partir del orbital 2s del carbono y orbitales moleculares enlazantes triplemente degenerados de cada uno de los orbitales 2p del carbono. Los orbitales sp localizados correspondientes a cada enlace individual en la teoría del enlace de valencia se pueden obtener a partir de una combinación lineal de los cuatro orbitales moleculares.