ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНІСТЬ: МАСШТАБИ, ВАРІАЦІЯ, КОРИСНІСТЬ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Електронегативність є періодичним властивістю щодо щодо здатність атома , щоб залучити електронну щільність його молекулярної середовища. Це тенденція атома залучати електрони, коли він приєднується до молекули. Це відображається в поведінці багатьох сполук і в тому, як вони взаємодіють міжмолекулярно один з одним.

Не всі елементи в однаковій мірі притягують електрони з сусідніх атомів. У випадку тих, хто легко відмовляється від електронної щільності, вони, як кажуть, є електропозитивними, тоді як ті, які "вкриті" електронами, є електронегативними. Існує багато способів пояснення та дотримання цієї властивості (або поняття).

Джерело: Wikipedia Commons.

Наприклад, в електростатичних картах потенціалу для молекули (як і для діоксиду хлору на зображенні вище, ClO ₂ ) спостерігається вплив різних електронегативностей для атомів хлору та кисню.

Червоний колір позначає ділянки молекули, багаті електронами, δ-, а синій колір вказує на бідні електронами ділянки, δ +. Таким чином, після серії обчислювальних обчислень цей тип карти можна встановити; багато з них показують прямий зв’язок між розташуванням електронегативних атомів та δ-.

Його також можна візуалізувати так: всередині молекули швидше відбувається транзит електронів в районі найбільш електронегативних атомів. Саме тому для ClO ₂ атоми кисню (червоні сфери) оточені червоною хмарою, а атом хлору (зелена сфера) - синюватою хмарою.

Визначення електронегативності залежить від підходу, який заданий явищу, існує кілька шкал, які розглядають його з певних аспектів. Однак у всіх масштабів є спільне те, що вони підтримуються внутрішньою сутністю атомів.

Шкала електронегативності

Електронегативність не є властивістю, яку можна кількісно оцінити, а також не має абсолютних значень. Чому? Тому що тенденція атома до залучення електронної щільності до нього неоднакова у всіх сполуках. Іншими словами: електронегативність змінюється залежно від молекули.

Якби для молекули ClO ₂ атом Cl замінювався на атом N, то також змінилася б тенденція до залучення електронів O; вона може збільшитися (зробити хмару червонішою) або зменшити (втратити колір). Різниця полягала б у новому зв’язку NO, що утворюється, маючи таким чином молекулу ONO (діоксид азоту, NO ₂ ).

Оскільки електронегативність атома неоднакова для всіх його молекулярних середовищ, необхідно визначити його за допомогою інших змінних. Таким чином ми маємо значення, які служать еталонними і дозволяють передбачити, наприклад, тип зв’язку, який утворюється (іонний або ковалентний).

Шкала Паулінга

Великий вчений та лауреат двох Нобелівських премій Лінус Полінг запропонував у 1932 році кількісну (вимірювану) форму електронегативу, відому як шкала Полінга. У ньому електронегативність двох елементів, A і B, що утворюють зв’язки, була пов'язана з додатковою енергією, пов'язаною з іонним характером зв'язку AB.

Як це? Теоретично ковалентні зв’язки є найбільш стійкими, оскільки розподіл їх електронів між двома атомами справедливий; тобто для молекул AA і BB обидва атоми поділяють пару електронів зв’язку однаково. Однак якщо A є більш електронегативним, то ця пара буде більше від A, ніж від B.

У цьому випадку AB більше не є повністю ковалентним, хоча якщо його електронегативність не сильно відрізняється, можна сказати, що його зв'язок має високий ковалентний характер. Коли це відбувається, зв’язок зазнає невеликої нестабільності і набуває додаткову енергію як продукт різниці електронегативності між A і B.

Чим більша ця різниця, тим більша енергія зв’язку AB, а отже, і більший іонний характер цього зв’язку.

Ця шкала є найбільш широко використовуваною в хімії, і значення електронегативності виникли присвоєнні значення атома фтору значенням 4. Звідти вони могли обчислити інші елементи.

Шкала Муллікана

У той час як шкала Полінга пов'язана з енергією, пов'язаною з зв'язками, шкала Роберта Муллікана більше пов'язана з двома іншими періодичними властивостями: енергією іонізації (ЕІ) та спорідненістю електронів (АЕ).

Таким чином, елемент з високими значеннями EI та AE є дуже електронегативним, а тому залучатиме електрони зі свого молекулярного середовища.

Чому? Оскільки EI відображає, наскільки важко "вирвати" з нього зовнішній електрон, а AE наскільки стабільний утворений аніон знаходиться в газовій фазі. Якщо обидві властивості мають великі величини, то елемент є "любителем" електронів.

Електровідмінність Mulliken розраховується за такою формулою:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Тобто χ _M дорівнює середньому значенню EI та AE.

Однак на відміну від шкали Полінга, яка залежить від того, які атоми утворюють зв’язки, вона пов'язана з властивостями валентного стану (з його найбільш стійкими електронними конфігураціями).

Обидві шкали генерують однакові значення електронегативності для елементів і приблизно пов'язані з наступною реверсією:

Χ _P = 1,35 (Χ _M ) ^1/2 - 1,37

І X _M, і X _P - безрозмірні значення; тобто їм бракує одиниць.

А. Л. Алредред та Е. Рохов за шкалою

Існують і інші шкали електронегативності, такі як шкала Сандерсона та Аллена. Однак той, що слідує за першими двома, - це шкала Алредред і Рохов (χ _AR ). Цього разу вона базується на ефективному ядерному заряді, який відчуває електрон на поверхні атомів. Тому це безпосередньо пов'язане з привабливою силою ядра та екранним ефектом.

Як змінюється електронегативність в періодичній таблиці?

Джерело: Bartux на nl.wikipedia.

Незалежно від масштабів чи значень у вас електронегативність збільшується справа наліво протягом певного періоду, а знизу вгору в групах. Таким чином, він збільшується у бік правої верхньої діагоналі (не рахуючи гелію), поки не зустріне фтор.

На зображенні вгорі ви можете побачити те, що тільки що було сказано. У періодичній таблиці електронегативи Поллінга виражаються як функція кольорів комірок. Оскільки фтор є найбільш електронегативним, він має більш помітний фіолетовий колір, тоді як найменш електронегативний (або електропозитивний) темніші кольори.

Так само можна помітити, що голови груп (H, Be, B, C та ін.) Мають більш світлі кольори, і що один спускається через групу, інші елементи темніють. Про що це? Відповідь знову - як у властивостях EI, AE, Zef (ефективний ядерний заряд), так і в атомному радіусі.

Атом в молекулі

Окремі атоми мають справжній ядерний заряд Z, а зовнішні електрони зазнають ефективного ядерного заряду від ефекту екранування.

Коли він рухається протягом певного періоду, Зеф збільшується таким чином, що атом стискається; тобто атомні радіуси зменшуються за певний період.

Це призводить до того, що в момент зв’язування одного атома з іншим електрони будуть «текти» до атома з найвищим Zef. Крім того, це надає іонному характеру зв’язку, якщо є виражена тенденція руху електронів до атома. Коли це не так, тоді ми говоримо про переважно ковалентний зв’язок.

З цієї причини електронегативність змінюється залежно від атомних радіусів Zef, які, в свою чергу, тісно пов'язані з EI та AE. Все це ланцюжок.

Для чого це?

Для чого електронегативність? В принципі, щоб визначити, чи є бінарне з'єднання ковалентним чи іонним. Коли різниця електронегативності дуже велика (зі швидкістю 1,7 одиниці або більше), вважається, що сполука є іонною. Це також корисно для розпізнавання структури, яка область, можливо, буде багатшою електронами.

Звідси можна передбачити, який механізм чи реакцію може зазнати з'єднання. У бідних електронами регіонах δ + негативно заряджені види можуть діяти певним чином; а в регіонах, багатих електронами, їх атоми можуть дуже специфічно взаємодіяти з іншими молекулами (дипольно-дипольні взаємодії).

Приклади (хлор, кисень, натрій, фтор)

Які значення електронегативності для атомів хлору, кисню, натрію та фтору? Хто після фтору є найбільш електронегативним? Використовуючи періодичну таблицю, спостерігається, що натрій має темно-фіолетовий колір, тоді як кольори для кисню та хлору візуально дуже схожі.

Його значення електронегативності для шкал Полінга, Маллікена та Елреда-Рохова є:

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

Або (3,44, 3,22, 3,50).

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

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

Зауважимо, що при числових значеннях спостерігається різниця між негативами кисню та хлору.

За шкалою Муллікена, хлор є більш електронегативним, ніж кисень, всупереч шкалам Полінга та Алред-Рохоу. Різниця електронегативності між цими двома елементами ще більш очевидна за шкалою Allred-Rochow. І нарешті, фтор незалежно від обраної шкали є найбільш електронегативним.

Тому там, де в молекулі є атом F, це означає, що зв’язок матиме високий іонний характер.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання., Сторінки 30 та 44). Mc Graw Hill.
2. Джим Кларк. (2000). Електронегативність. Взято з: chemguide.co.uk
3. Енн Марі Гельменстін, к.т.н. (11 грудня 2017 р.). Визначення та приклади електронегативності. Взято з: thinkco.com
4. Марк Е. Такерман. (5 листопада 2011 р.). Шкала електронегативності. Взято з: nyu.edu
5. Вікіпедія. (2018). Електронегативність. Взято з: es.wikipedia.org