Электронная плотность, электростатический потенциал и пространственная организация гетеромолекулярного кристалла гидрооксалата аммония щавелевой кислоты дигидрата по данным синхротронного дифракционного эксперимента и расчета

Проведены прецизионный синхротронный дифракционный эксперимент при 15 К и теоретический расчет методом Кона-Шэма с учетом периодических граничных условий гетеромолекулярного кристалла гидрооксалата аммония щавелевой кислоты дигидрата NH ₄ ⁺•C ₂HO ₄ ^-•C ₂H ₂O ₄•2H ₂O (1). Комбинация теоретических и экспериментальных методов позволила точно определить положения атомов водорода и надежно установить особенности распределения электронной плотности и электростатического потенциала в 1. Атомные и молекулярные взаимодействия охарактеризованы на основе свойств электронной плотности в рамках квантово-топологической теории. Из экспериментальной электронной плотности вне рамок орбитального приближения вычислены индексы порядков связей. Реализован новый подход к характеристикам связывания, основанный на визуализации эллипсоидов, полуоси которых зависят от главных значений кривизны электронной плотности в критических точках связей. Найдено, что перенос заряда между катионом аммония и гидрооксалат-анионом в 1 является доминирующим фактором электростатических взаимодействий в кристалле. На основе анализа особенностей распределения электронной плотности и электростатического потенциала установлен дополнительный более слабый электростатический фактор пространственной организации кристалла 1, обусловленный наличием хорошо локализованных областей за ядрами атомов Н на продолжениях линий ковалентных связей на периферии молекул. Эти области обеспечивают преимущественно направленное комплиментарное электростатическое взаимодействие соответствующих фрагментов с несущими отрицательный заряд участками соседних молекул, такими, как неподеленные пары и π-электроны.