ELEKTRONEGATIIVISUUS: ASTEIKOT, VARIAATIO, HYÖDYLLISYYS JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Elektronegatiivisuus on jaksollinen ominaisuus suhteellinen koskevat kykyä atomin houkutella elektronitiheys sen molekyyli- ympäristön. Atomilla on taipumus houkutella elektroneja, kun se on kiinnittynyt molekyyliin. Tämä heijastuu monien yhdisteiden käyttäytymisessä ja siinä, kuinka ne ovat vuorovaikutuksessa molekyylien välillä toistensa kanssa.

Kaikki elementit eivät houkuttele elektronia vierekkäisistä atomeista samaan asteeseen. Niissä, jotka helposti luovuttavat elektronitiheyden, niiden sanotaan olevan elektropositiivisia, kun taas niiden, jotka "peittävät" itsensä elektroneilla, ovat elektronegatiivisia. Tätä ominaisuutta (tai konseptia) voidaan selittää ja tarkkailla monin tavoin.

Lähde: Wikipedia Commons.

Esimerkiksi molekyylin sähköstaattisissa potentiaalikartoissa (kuten yllä olevassa kuvassa klooridioksidin tapauksessa, ClO ₂) havaitaan erilaisten elektronegatiivisuuksien vaikutus kloori- ja happiatomeille.

Punainen väri ilmaisee molekyylin elektronirikkaita alueita, δ-, ja sininen väri osoittavat niitä, jotka ovat elektroneja huonoja, δ +. Siten laskennallisten laskelmien sarjan jälkeen tämän tyyppinen kartta voidaan muodostaa; monilla heistä on suora yhteys elektronegatiivisten atomien sijainnin ja δ- välillä.

Se voidaan myös visualisoida seuraavasti: molekyylin sisällä elektronien kulkeutuminen tapahtuu todennäköisemmin kaikkein elektronegatiivisimpien atomien läheisyydessä. Tästä syystä ClO _2: n happiatomeja (punaisia ​​palloja) ympäröi punainen pilvi ja klooriatomia (vihreä pallo) sinertävä pilvi.

Elektronegatiivisuuden määritelmä riippuu ilmiöön annettavasta lähestymistavasta, on olemassa useita asteikkoja, jotka ottavat sen huomioon tietyistä näkökohdista. Kaikilla asteikoilla on kuitenkin yhteistä, että atomien luontainen luonne tukee niitä.

Elektronegatiivisuusvaa'at

Elektronegatiivisuus ei ole ominaisuus, joka voidaan määrittää, eikä sillä ole absoluuttisia arvoja. Miksi? Koska atomin taipumus houkutella elektronitiheyttä kohti sitä ei ole sama kaikissa yhdisteissä. Toisin sanoen: elektronegatiivisuus vaihtelee molekyylin mukaan.

Jos, että CIO ₂ -molekyylin, Cl-atomi vaihdettiin N-atomin, sitten taipumus O houkutella elektronit myös muuttaa; se voi kasvaa (tehdä pilvestä punaisemman) tai vähentyä (menettää värin). Ero olisi muodostuneessa uudessa NO-sidoksessa, jolloin siinä olisi ONO-molekyyli (typpidioksidi, NO ₂).

Koska atomin elektronegatiivisuus ei ole sama kaikissa sen molekyylisissä olosuhteissa, on tarpeen määritellä se muiden muuttujien perusteella. Tällä tavoin meillä on arvoja, jotka toimivat vertailuna ja mahdollistavat esimerkiksi muodostettavan sidoksen tyypin (ionisen tai kovalenttisen) ennustamisen.

Paavalin mittakaava

Suuri tiedemies ja kahden Nobel-palkinnon voittaja Linus Pauling ehdotti vuonna 1932 Paulingin asteikkoksi kutsutun sähköonegatiivin kvantitatiivista (mitattavissa olevaa) muotoa. Siinä kahden sidoksen muodostavan elementin, A ja B, elektronegatiivisuus liittyi ylimääräiseen energiaan, joka liittyi sidoksen AB ioniominaisuuteen.

Miten tämä? Teoreettisesti kovalenttiset sidokset ovat vakaimpia, koska niiden elektronien jakauma kahden atomin välillä on tasapuolinen; ts. molekyyleille AA ja BB molemmat atomit jakavat sidoksen elektroniparit samalla tavalla. Jos A on kuitenkin enemmän elektronegatiivista, silloin pari on enemmän A: sta kuin B: stä.

Tällöin AB ei ole enää täysin kovalentti, vaikka jos sen elektronegatiivisuudet eivät eroa paljon, voidaan sanoa, että sen sidoksella on korkea kovalenttinen luonne. Kun tämä tapahtuu, sidos kokee pienen epävakauden ja saa ylimääräistä energiaa A: n ja B: n välisen elektronegatiivisuuseron tuloksena.

Mitä suurempi tämä ero on, sitä suurempi AB-sidoksen energia on, ja sitä suurempi on tämän sidoksen ioninen luonne.

Tämä asteikko edustaa kemiassa yleisimmin käytettyä arvoa, ja elektronegatiivisuusarvot syntyivät arvon 4 osoittamisesta fluoriatomille. Sieltä he voisivat laskea muiden elementtien luvut.

Mulliken-asteikko

Vaikka Paulingin asteikolla on sidoksissa olevaan energiaan liittyvä energia, Robert Mullikenin asteikko liittyy enemmän kahteen muihin jaksollisiin ominaisuuksiin: ionisaatioenergiaan (EI) ja elektroniaffiniteettiin (AE).

Siten elementti, jolla on korkeat EI- ja AE-arvot, on erittäin sähköä negatiivinen, ja houkuttelee sen vuoksi elektroneja molekyyliympäristöstään.

Miksi? Koska EI kuvastaa, kuinka vaikeaa on “ripistää” ulkoista elektronia siitä, ja AE kuinka vakaa muodostunut anioni on kaasufaasissa. Jos molemmilla ominaisuuksilla on suuri voimakkuus, niin elementti on elektronien "rakastaja".

Mulliken-elektronegatiivisuudet lasketaan seuraavalla kaavalla:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Eli χ _M on yhtä suuri kuin EI: n ja AE: n keskiarvo.

Toisin kuin Paulingin asteikolla, joka riippuu siitä, mitkä atomit muodostavat sidoksia, se liittyy kuitenkin valenssitilan ominaisuuksiin (niiden vakaimmissa elektronisissa kokoonpanoissa).

Molemmat asteikot tuottavat elementteille samanlaiset elektronegatiivisuusarvot ja liittyvät suunnilleen seuraavaan muuntamiseen:

Χ _P = 1,35 (Χ _M) ^1/2 - 1,37

Sekä X _M että X _P ovat ulottumattomia arvoja; ts. heiltä puuttuu yksiköitä.

AL Allredin ja E. Rochowin asteikko

On olemassa muitakin sähköaktiivisuusvaakoja, kuten Sanderson- ja Allen-asteikot. Kaksi ensimmäistä seuraa kuitenkin Allred- ja Rochow-asteikot (χ _AR). Tällä kertaa se perustuu tehokkaaseen ydinvaraukseen, jonka elektroni kokee atomien pinnalla. Siksi se liittyy suoraan ytimen houkuttelevaan voimaan ja seulavaikutukseen.

Kuinka elektronegatiivisuus vaihtelee jaksotaulukossa?

Lähde: Bartux osoitteessa nl.wikipedia.

Riippumatta käytetyistä asteikoista tai arvoista, elektronegatiivisuus kasvaa oikealta vasemmalle tietyn ajanjakson ajan ja alhaalta ylös ryhmissä. Siten se kasvaa kohti oikeaa yläkulmaa (ei lasketa heliumia), kunnes se kohtaa fluorin.

Yllä olevassa kuvassa voit nähdä juuri sanotun. Jaksollisessa taulukossa Pauling-elektronegatiivisuudet ilmaistaan ​​solujen värien funktiona. Koska fluori on kaikkein elektronegatiivisin, sillä on näkyvämpi violetti väri, kun taas vähiten sähköä negatiiviset (tai sähköopositiiviset) tummat värit.

Samoin voidaan havaita, että ryhmäpäillä (H, Be, B, C jne.) On vaaleammat värit ja että yhden laskeutuessa ryhmän läpi muut elementit tummuvat. Mitä tämä on? Vastaus on taas sekä ominaisuuksissa EI, AE, Zef (tehokas ydinvaraus) että atomisäteessä.

Molekyylin atomi

Yksittäisillä atomilla on todellinen ydinvaraus Z ja ulkoiset elektronit kärsivät tehokkaasta ydinvarauksesta suojavaikutuksella.

Kun se liikkuu ajanjakson aikana, Zef kasvaa siten, että atomi supistuu; ts. atomisäteet pienenevät tietyn ajanjakson aikana.

Tällä on seuraus, että silloin kun sidotaan yksi atomi toiseen, elektronit “virtaavat” kohti atomia, jolla on korkein Zef. Tämä antaa myös sidokselle ionisen merkin, jos elektronilla on huomattava taipumus mennä kohti atomia. Jos näin ei ole, puhumme pääosin kovalenttisesta sidoksesta.

Tästä syystä elektronegatiivisuus vaihtelee atomisäteiden Zef mukaan, jotka puolestaan ​​liittyvät läheisesti EI: hen ja AE: hen. Kaikki on ketju.

Mitä varten se on?

Mihin sähköaktiivisuus on? Periaatteessa sen määrittämiseksi, onko binaariyhdiste kovalentti vai ioninen. Kun elektronegatiivisuusero on erittäin suuri (nopeudella 1,7 yksikköä tai enemmän), yhdisteen sanotaan olevan ioninen. Se on hyödyllinen myös selville rakenteessa, mitkä alueet ovat mahdollisesti rikkaampia elektrooneilla.

Tästä eteenpäin voidaan ennustaa, mikä mekanismi tai reaktio yhdisteelle voi tapahtua. Elektronin köyhillä alueilla δ + negatiivisesti varautuneet lajit voivat toimia tietyllä tavalla; ja elektronirikkailla alueilla niiden atomit voivat vuorovaikutuksessa hyvin spesifisillä tavoilla muiden molekyylien kanssa (dipoli-dipoli-vuorovaikutukset).

Esimerkkejä (kloori, happi, natrium, fluori)

Mitkä ovat kloori-, happi-, natrium- ja fluoriatomien elektronegatiivisuusarvot? Kuka on fluorin jälkeen eniten sähköä negatiivinen? Jaksotaulua käyttämällä havaitaan, että natriumilla on tumman violetti väri, kun taas hapen ja kloorin värit ovat visuaalisesti hyvin samanlaisia.

Sen elektronegatiivisuusarvot Pauling-, Mulliken- ja Allred-Rochow-asteikoille ovat:

Na (0,93, 1,21, 1,01).

Tai (3,44, 3,22, 3,50).

Cl (3,16, 3,54, 2,83).

F (3,98, 4,43, 4,10).

Huomaa, että numeerisilla arvoilla havaitaan ero hapen ja kloorin negatiivisuuksien välillä.

Mulliken-asteikon mukaan kloori on enemmän elektronegatiivista kuin happi, toisin kuin Paulingin ja Allred-Rochowin asteikot. Kahden elementin välinen elektronegatiivisuusero on vieläkin ilmeisempi Allred-Rochow-asteikolla. Ja lopuksi, fluori valitusta asteikosta riippumatta on kaikkein sähköä negatiivisin.

Siksi, jos molekyylissä on F-atomi, se tarkoittaa, että sidoksella on korkea ioninen luonne.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos., Sivut 30 ja 44). Mc Graw Hill.
2. Jim Clark. (2000). Elektronegatiivisuus. Otettu: kemguide.co.uk
3. Anne Marie Helmenstine, FT (11. joulukuuta 2017). Elektronegatiivisuuden määritelmä ja esimerkit. Kuvannut: thinkco.com
4. Mark E. Tuckerman. (5. marraskuuta 2011). Elektronegatiivisuusasteikko. Ostettu: nyu.edu
5. Wikipedia. (2018). Elektronegatiivisuus. Kuvannut: es.wikipedia.org