ELEKTROUJEMNOŚĆ: SKALE, ZMIENNOŚĆ, UŻYTECZNOŚĆ I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

Elektroujemności jest właściwością okresowe względem dotyczącego zdolności atomu przyciągania elektronów gęstość jego otoczenia cząsteczkowej. Atom ma tendencję do przyciągania elektronów, gdy jest przyłączony do cząsteczki. Znajduje to odzwierciedlenie w zachowaniu wielu związków oraz ich wzajemnych interakcjach międzycząsteczkowych.

Nie wszystkie pierwiastki przyciągają elektrony z sąsiednich atomów w takim samym stopniu. W przypadku tych, które łatwo rezygnują z gęstości elektronów, mówi się, że są elektrododatnie, podczas gdy te, które są „pokryte” elektronami, są elektroujemne. Istnieje wiele sposobów wyjaśnienia i zaobserwowania tej właściwości (lub koncepcji).

Źródło: Wikipedia Commons.

Na przykład, na mapach potencjału elektrostatycznego dla cząsteczki (jak ta dla dwutlenku chloru na powyższym obrazku, ClO ₂ ) obserwuje się wpływ różnych elektroujemności dla atomów chloru i tlenu.

Kolor czerwony wskazuje na regiony cząsteczki bogate w elektrony, δ-, a kolor niebieski wskazuje na te, które są ubogie w elektrony, δ +. W ten sposób po serii obliczeń można ustalić ten typ mapy; wiele z nich wykazuje bezpośredni związek między położeniem atomów elektroujemnych i δ-.

Można to również zwizualizować w następujący sposób: w cząsteczce przejście elektronów jest bardziej prawdopodobne w pobliżu atomów najbardziej elektroujemnych. Z tego powodu w przypadku ClO ₂ atomy tlenu (czerwone kule) otoczone są czerwoną chmurą, a atom chloru (zielona kula) niebieskawą chmurą.

Definicja elektroujemności zależy od podejścia, które jest nadane temu zjawisku, istnieje kilka skal, które rozważają to z pewnych aspektów. Jednak wszystkie skale łączy to, że są wspierane przez wewnętrzną naturę atomów.

Skale elektroujemności

Elektroujemność nie jest właściwością, którą można określić ilościowo, ani nie ma wartości bezwzględnych. Czemu? Ponieważ skłonność atomu do przyciągania gęstości elektronów w kierunku nie jest taka sama we wszystkich związkach. Innymi słowy: elektroujemność zmienia się w zależności od cząsteczki.

Gdyby w przypadku cząsteczki ClO ₂ atom Cl został wymieniony na atom N, to skłonność O do przyciągania elektronów również uległaby zmianie; może wzrosnąć (uczynić chmurę bardziej czerwoną) lub zmniejszyć (stracić kolor). Różnica polegałaby na utworzeniu nowego wiązania NO, mając w ten sposób cząsteczkę ONO (dwutlenek azotu, NO ₂ ).

Ponieważ elektroujemność atomu nie jest taka sama dla całego jego molekularnego otoczenia, konieczne jest zdefiniowanie go w kategoriach innych zmiennych. W ten sposób mamy wartości, które służą jako odniesienie i pozwalają przewidzieć na przykład rodzaj powstającego wiązania (jonowe czy kowalencyjne).

Skala Paulinga

Wielki naukowiec i zdobywca dwóch Nagród Nobla, Linus Pauling, zaproponował w 1932 roku ilościową (mierzalną) formę elektroujemnej skali znaną jako skala Paulinga. W nim elektroujemność dwóch pierwiastków, A i B, tworzących wiązania, była związana z dodatkową energią związaną z jonowym charakterem wiązania AB.

Jak to jest? Teoretycznie wiązania kowalencyjne są najbardziej stabilne, ponieważ rozkład ich elektronów między dwoma atomami jest sprawiedliwy; to znaczy, w przypadku cząsteczek AA i BB oba atomy dzielą parę elektronów wiązania w ten sam sposób. Jeśli jednak A jest bardziej elektroujemny, to ta para będzie bardziej z A niż z B.

W takim przypadku AB nie jest już całkowicie kowalencyjne, chociaż jeśli jego elektroujemności nie różnią się zbytnio, można powiedzieć, że jego wiązanie ma charakter silnie kowalencyjny. Kiedy tak się dzieje, wiązanie ulega niewielkiej niestabilności i uzyskuje dodatkową energię jako produkt różnicy elektroujemności między A i B.

Im większa różnica, tym większa energia wiązania AB, a tym samym większy charakter jonowy tego wiązania.

Skala ta reprezentuje najczęściej używaną w chemii, a wartości elektroujemności wynikały z przypisania atomowi fluoru wartości 4. Stamtąd mogli obliczyć inne elementy.

Skala Mullikena

Podczas gdy skala Paulinga dotyczy energii związanej z wiązaniami, skala Roberta Mullikena jest bardziej związana z dwoma innymi właściwościami okresowymi: energią jonizacji (EI) i powinowactwem elektronowym (AE).

Zatem pierwiastek o wysokich wartościach EI i AE jest bardzo elektroujemny i dlatego będzie przyciągał elektrony ze swojego środowiska molekularnego.

Czemu? Ponieważ EI odzwierciedla, jak trudno jest „oderwać” od niego zewnętrzny elektron i AE, jak stabilny jest utworzony anion w fazie gazowej. Jeśli obie właściwości mają duże wielkości, wówczas pierwiastek „kocha” elektrony.

Elektroujemności Mullikena oblicza się według następującego wzoru:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Oznacza to, że χ _M jest równe średniej wartości EI i AE.

Jednak w przeciwieństwie do skali Paulinga, która zależy od tego, które atomy tworzą wiązania, jest ona związana z właściwościami stanu walencyjnego (z ich najbardziej stabilnymi konfiguracjami elektronowymi).

Obie skale generują podobne wartości elektroujemności dla pierwiastków i są w przybliżeniu powiązane z następującą rekonwersją:

Χ _P = 1,35 (Χ _M ) ^1/2 - 1,37

Zarówno X _{M, jak} i X _P są wartościami bezwymiarowymi; to znaczy brakuje im jednostek.

Skala AL Allreda i E. Rochowa

Istnieją inne skale elektroujemności, takie jak skale Sandersona i Allena. Jednak ta, która następuje po pierwszych dwóch, to skala Allreda i Rochowa (χ _AR ). Tym razem opiera się na efektywnym ładunku jądrowym, którego elektron doświadcza na powierzchni atomów. Dlatego jest to bezpośrednio związane z siłą przyciągania rdzenia i efektem ekranu.

Jak zmienia się elektroujemność w układzie okresowym?

Źródło: Bartux at nl.wikipedia.

Niezależnie od skali lub wartości, które posiadasz, elektroujemność rośnie od prawej do lewej przez okres i od dołu do góry w grupach. Tak więc zwiększa się w kierunku prawej górnej przekątnej (nie licząc helu), aż napotka fluor.

Na powyższym obrazku widać, co właśnie zostało powiedziane. W układzie okresowym elektroujemności Paulinga są wyrażone jako funkcja kolorów komórek. Ponieważ fluor jest najbardziej elektroujemny, ma bardziej wyraźny fioletowy kolor, podczas gdy najmniej elektroujemny (lub elektrododatni) ciemniejszy kolor.

Podobnie można zaobserwować, że głowy grup (H, Be, B, C itd.) Mają jaśniejsze kolory, a gdy jeden z nich schodzi przez grupę, inne elementy ciemnieją. O czym to jest? Odpowiedź ponownie tkwi we właściwościach EI, AE, Zef (efektywny ładunek jądrowy) oraz w promieniu atomowym.

Atom w cząsteczce

Poszczególne atomy mają rzeczywisty ładunek jądrowy Z, a zewnętrzne elektrony mają skuteczny ładunek jądrowy z powodu efektu ekranowania.

Gdy porusza się w czasie, Zef rośnie w taki sposób, że atom się kurczy; to znaczy, promienie atomowe zmniejszają się z upływem czasu.

Skutkuje to tym, że w momencie połączenia jednego atomu z drugim elektrony „popłyną” w kierunku atomu o najwyższym Zef. Ponadto nadaje to wiązaniu charakter jonowy, jeśli istnieje wyraźna tendencja elektronów do zbliżania się do atomu. Jeśli tak nie jest, mówimy o wiązaniu głównie kowalencyjnym.

Z tego powodu elektroujemność zmienia się w zależności od promieni atomowych Zef, które z kolei są ściśle związane z EI i AE. Wszystko jest łańcuchem.

Po co to jest?

Do czego służy elektroujemność? Zasadniczo do określenia, czy związek binarny jest kowalencyjny czy jonowy. Gdy różnica elektroujemności jest bardzo duża (w tempie 1,7 jednostki lub więcej), mówi się, że związek jest jonowy. Jest to również przydatne do rozróżnienia w strukturze, które regiony będą prawdopodobnie bogatsze w elektrony.

Stąd można przewidzieć, jaki mechanizm lub reakcję może przejść związek. W regionach ubogich w elektrony, ujemnie naładowane gatunki δ + mogą działać w określony sposób; aw regionach bogatych w elektrony ich atomy mogą oddziaływać w bardzo specyficzny sposób z innymi cząsteczkami (interakcje dipol-dipol).

Przykłady (chlor, tlen, sód, fluor)

Jakie są wartości elektroujemności atomów chloru, tlenu, sodu i fluoru? Kto jest najbardziej elektroujemny po fluorze? Korzystając z układu okresowego, obserwuje się, że sód ma kolor ciemnofioletowy, podczas gdy kolory tlenu i chloru są wizualnie bardzo podobne.

Jego wartości elektroujemności dla skal Paulinga, Mullikena i Allreda-Rochowa są następujące:

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

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

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

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

Zauważ, że w przypadku wartości liczbowych obserwuje się różnicę między ujemnymi wartościami tlenu i chloru.

Według skali Mullikena, chlor jest bardziej elektroujemny niż tlen, w przeciwieństwie do skali Paulinga i Allreda-Rochowa. Różnica elektroujemności między tymi dwoma pierwiastkami jest jeszcze bardziej widoczna w skali Allreda-Rochowa. I wreszcie, fluor niezależnie od wybranej skali jest najbardziej elektroujemny.

Dlatego jeśli w cząsteczce znajduje się atom F, oznacza to, że wiązanie będzie miało charakter silnie jonowy.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Wydanie czwarte, strony 30 i 44). Mc Graw Hill.
2. Jim Clark. (2000). Elektroujemność. Zaczerpnięte z: chemguide.co.uk
3. Dr Anne Marie Helmenstine (11 grudnia 2017). Definicja i przykłady elektroujemności. Zaczerpnięte z: thinkco.com
4. Mark E. Tuckerman. (5 listopada 2011). Skala elektroujemności. Zaczerpnięte z: nyu.edu
5. Wikipedia. (2018). Elektroujemność. Zaczerpnięte z: es.wikipedia.org