ШКАЛА ПАУЛІНГА: ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНІСТЬ ТА РІЗНИЦЯ ЕНЕРГІЇ - ХІМІЯ - 2025

Полінга масштаб довільний масштаб використовується в хімії , щоб висловити електронний торгівельний елементів. Це визначається як тенденція певного атома до залучення електронів, коли він поєднується з іншим атомом.

У цьому сенсі елементи з високою електронегативністю мають тенденцію легко набирати електрони. Це неметали, тоді як, зі свого боку, менш електронегативні елементи, такі як метали, легше відмовитися від електронів.

Малюнок 1. Шкала Паулінга. Джерело: Wikimedia Commons.

Тому, знаючи електронегативність елемента, є уявлення про тип зв’язку, який він здатний утворювати при поєднанні з іншим. Ми це побачимо з числовим прикладом пізніше.

За цією інформацією можна передбачити багато властивостей сполуки, що є дуже корисним в експериментальній хімії та матеріалознавстві, де постійно створюються нові сполуки.

Однак зручно уточнити, що незважаючи на те, наскільки це важливо, не існує єдиного способу визначення електронегативності; Шкала Полінга - це лише один із різних способів, які пропонуються знайти, хоча це один із найбільш використовуваних.

Насправді Полінг - це довільна шкала, в якій числовому значенню присвоюється кожному елементу періодичної таблиці, що відображає його електронегативність. Ми бачимо це на малюнку 1, де у нас спостерігається електронегативність кожного елемента, присвоєна дворазовим нобелівським лауреатом Лінусом Полінг (1901-1994) близько 1939 року.

Електронегативність елементів

Полінг разом з Дон М. Йостом знайшли значення електронегативності емпірично за допомогою експериментальних даних, отриманих шляхом вимірювання енергій зв'язку.

Полінг призначив елементу фтору - вгорі та праворуч від таблиці на малюнку 1 - найвищу електронегативність, з числом 4,0. Отже, коли фтор утворює зв’язки, він проявляє найвищу тенденцію до залучення електронів усіх елементів.

Друге - кисень з 3,5, а третє - азот з 3,0. Обидва розташовані вгорі і праворуч від столу.

З іншого боку, на протилежній крайності найменш електронегативним елементом є цезій, символом якого є Cs, розташований ліворуч від таблиці, якому Полінг присвоїв число 0,7.

Електронегативність у періодичній таблиці

Загалом, і як видно на малюнку 1, електронегативність - і енергія іонізації - збільшується зліва направо в періодичній таблиці. Загальна тенденція також вказує на зниження при русі вгору та вниз.

Тому у нас буде найелектронегативніші елементи у верхньому правому куті таблиці: фтор, кисень, хлор, азот. Найменше електронегативні - або найбільш електропозитивні, якщо ви віддаєте перевагу - знайдете ліворуч: літій, натрій, калій та інші елементи 1 групи - стовпчик у лівій крайній частині, що відповідає лужним та лужноземельним металам.

У кожному стовпчику електронегативність зменшується зі збільшенням атомного числа елемента, за винятком перехідних металів у центрі, які не слідують цій тенденції.

Важливим моментом, який слід зазначити, є те, що електронегативність відносна, вона не є незмінною властивістю кожного елемента, і вона вимірюється лише відносно властивості інших елементів. Це багато залежить від стану окислення, тому один і той же елемент може проявляти різну електронегативність, залежно від типу сполуки, яку він утворює.

Різниця в енергії, що зв'язує

Малюнок 2. Американський хімік Лінус Полінг в 1955 р. Джерело: Wikimedia Commons.

У хімії зв’язок - це спосіб, коли атоми, однакові чи різні, з'єднуються разом, утворюючи молекули. Сили з'являються між атомами, які стабільно утримують їх разом.

Існує кілька типів посилань, але тут розглядаються два:

-Ковалент, в якому атоми подібних електронегативностей ділять пару електронів.

-Іонічні, часті між атомами з різними електронегативами, в яких переважає електростатичний потяг.

Припустимо, що два елементи A і B можуть утворювати молекули один з одним, що позначаються АА і ВВ. І вони також здатні приєднатися до утворення з'єднання AB, все через якусь зв’язку.

Завдяки участі міжмолекулярних сил у зв’язку з’являється енергія. Наприклад, енергія в зв’язку AA дорівнює E _AA, у зв'язку BB це EBB, і, нарешті, у сполуці AB це E _AB .

Якщо молекула AB була утворена ковалентним зв'язком, теоретично енергія зв’язку є середньою енергією E _AA і E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

Полінг розраховував E _AB для різних сполук, вимірював його експериментально і визначав різницю між двома значеннями, які він назвав Δ:

Δ = - (E _AB ) вимірюється - (E _AB ) теоретично- = - (E _AB ) вимірюється - ½ (E _AA + E _BB ) -

Паулінг міркував так: якщо Δ дуже близький до 0, це означає, що електронегативи обох елементів схожі, а зв'язок, що приєднується до них, є ковалентною. Але якщо Δ не малий, то зв’язок між A і B не є чисто ковалентним.

Чим більше абсолютне значення Δ, тим більша різниця між електронегативністю елементів A і B, а отже, зв'язок, що приєднується до них, буде іонного типу. Пізніше читач знайде приклад, в якому, обчисливши Δ, можна визначити тип зв’язку сполуки.

Рівняння для електронегативності

Припускаючи, що різниця в енергіях - це сигнал, що відрізняє природу зв’язку, Полінг провів багато експериментів, які привели його до створення емпіричного виразу для відносних електровідмінностей двох елементів A і B, які утворюють молекулу.

Позначивши цю електронегативність як χ (грецька літера «чі»), Полінг визначив Δ так:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Зауважимо, що Δ - додатна величина. Коефіцієнт f = 0,102, який з’являється при множенні квадратного кореня на Δ, є коефіцієнтом перетворення між kJ (кілоджоулями) та eV (електрон-вольт), обома одиницями енергії.

Якщо замість цього використовуються кілокалорії та електрон-вольти, різниця електронегативностей виражається за аналогічною формулою, але з f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0.208√Δ

Полінг починався з присвоєння водню значення 2,1, попереднього значення, отриманого хіміком Робертом Маллікеном. Він вибрав цей елемент як свій вихідний пункт, оскільки він утворює ковалентні зв’язки з багатьма іншими.

Використовуючи попереднє рівняння, він продовжував присвоювати відносні значення решті елементів. Таким чином він зрозумів, що електронегативність збільшується при переміщенні зліва направо і зверху вниз у періодичній таблиці, як описано в попередньому розділі.

Приклад

Нижче наведено перелік елементів: N, J, Y і M та їх відповідні електронегативи Χ за шкалою Полінга:

- N : Χ = 4,0

- J : Χ = 1,5

- Y : Χ = 0,9

- М : Χ = 1,6

Серед таких сполук, що утворюються з ними:

YJ, YN, MN і JM

Укажіть того, хто має найвищий іонний характер, і того, природа якого ковалентна. Наведіть причини своєї відповіді.

Рішення

Відповідно до критеріїв, встановлених Полінг, сполука з найвищим іонним характером буде тією, що має найбільшу різницю між електронегативами, а отже, більшим значенням Δ. Зі свого боку, сполука з найменшою різницею енергії - це сполука з ковалентним зв’язком.

Тоді ми обчислимо, скільки Δ коштує для кожної сполуки, наступним чином:

Композитний YJ

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Композитний YN

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Складений MN

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

Композитний JM

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

З попередніх результатів можна зробити висновок, що іонна сполука - YN, Δ = 9,61, тоді як ковалентна сполука - JM, при Δ = 0,01.

Список літератури

1. Хімічні лібретексти. Електронегативність Паулінга. Відновлено з: chem.libretexts.org.
2. Золота книга IUPAC Електронегативність. Відновлено з: goldbook.iupac.org.
3. Салас-Бануе, Г. Неправильно зрозуміла електронегативність. Відновлено: scielo.org.
4. Наукові тексти. Електронегативність. Відновлюється з: текстові наукові.com.
5. Віттен, К. 2010. Хімія. 9-й. Ред. Брукс / Коул. Cengage Learning.
6. Вікіпедія. Ковалентний зв’язок. Відновлено з: es.wikipedia.org.
7. Вікіпедія. Іонний зв’язок. Відновлено з: es.wikipedia.org.