SKALA PAULINGA: ELEKTROUJEMNOŚĆ I RÓŻNICA ENERGII - CHEMIA - 2026

Skala Paulinga jest arbitralną skalą używaną w chemii do wyrażania elektroujemności pierwiastków. Definiuje się to jako skłonność określonego atomu do przyciągania elektronów, gdy łączy się z innym atomem.

W tym sensie elementy o wysokiej elektroujemności mają tendencję do łatwego uzyskiwania elektronów. Są to niemetale, natomiast ze swojej strony mniej elektroujemnych pierwiastków, takich jak metale, łatwiej oddać elektrony.

Rysunek 1. Skala Paulinga. Źródło: Wikimedia Commons.

Dlatego znając elektroujemność elementu, ma się pojęcie o typie wiązania, które jest w stanie utworzyć w połączeniu z innym. Zobaczymy to później na przykładzie liczbowym.

Dzięki tym informacjom można przewidzieć wiele właściwości, które będzie miał związek, co jest bardzo przydatne w chemii eksperymentalnej i materiałoznawstwie, gdzie nieustannie powstają nowe związki.

Jednak wygodnie jest wyjaśnić, że pomimo tego, jak ważne jest to, nie ma jednego sposobu na określenie elektroujemności; Skala Paulinga to tylko jeden z wielu proponowanych sposobów jej znalezienia, chociaż jest jednym z najczęściej używanych.

W rzeczywistości skala Paulinga jest arbitralną skalą, w której każdemu elementowi układu okresowego przypisywana jest wartość liczbowa, co odzwierciedla jego elektroujemność. Widzimy to na rysunku 1, gdzie mamy elektroujemność każdego elementu, przypisaną przez dwukrotnego laureata Nagrody Nobla Linusa Paulinga (1901-1994) około 1939 roku.

Elektroujemność pierwiastków

Pauling wraz z Donem M. Yostem ustalili empirycznie wartości elektroujemności na podstawie danych eksperymentalnych uzyskanych z pomiaru energii wiązań.

Pauling przypisał pierwiastkowi fluoru - powyżej i po prawej stronie tabeli na rysunku 1 - najwyższą elektroujemność, o numerze 4,0. Więc kiedy fluor tworzy wiązania, wykazuje największą tendencję do przyciągania elektronów ze wszystkich pierwiastków.

Drugi to tlen z 3,5, a trzeci to azot z 3,0. Obie znajdują się u góry i po prawej stronie stołu.

Z drugiej strony, na przeciwnym krańcu, najmniej elektroujemnym pierwiastkiem jest cez, którego symbolem jest Cs, znajdujący się po lewej stronie tabeli, któremu Pauling przypisał liczbę 0,7.

Elektroujemność w układzie okresowym

Ogólnie rzecz biorąc, i jak widać na rycinie 1, elektroujemność - i energia jonizacji - rośnie od lewej do prawej w układzie okresowym. Ogólny trend wskazuje również na spadek w górę iw dół.

Dlatego w prawym górnym rogu tabeli będziemy mieli najbardziej elektroujemne pierwiastki: fluor, tlen, chlor, azot. Najmniej elektroujemny - lub jeśli wolisz najbardziej elektrododatni - znajdziemy po lewej stronie: lit, sód, potas i inne pierwiastki z grupy 1 - kolumna po lewej stronie, odpowiadająca metalom alkalicznym i ziem alkalicznych.

W każdej kolumnie elektroujemność maleje wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka, z wyjątkiem metali przejściowych w środku, które nie podążają za tym trendem.

Ważną kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że elektroujemność jest względna, nie jest niezmienną właściwością każdego elementu i jest mierzona tylko w odniesieniu do innych pierwiastków. Zależy to w dużej mierze od stopnia utlenienia, więc ten sam pierwiastek może wykazywać różną elektroujemność, w zależności od rodzaju tworzonego związku.

Różnica energii wiązania

Rysunek 2. Amerykański chemik Linus Pauling w 1955 r. Źródło: Wikimedia Commons.

W chemii wiązanie to sposób, w jaki atomy, takie same lub różne, łączą się ze sobą, tworząc cząsteczki. Siły pojawiają się między atomami, które utrzymują je razem w stabilny sposób.

Istnieje kilka typów linków, ale pod uwagę brane są dwa:

-Walentny, w którym atomy o podobnych elektroujemnościach mają wspólną parę elektronów.

-Jonowe, częste między atomami o różnych elektroujemnościach, w których dominuje przyciąganie elektrostatyczne.

Załóżmy, że dwa elementy A i B mogą tworzyć ze sobą cząsteczki, oznaczone AA i BB. Są również zdolne do łączenia się, tworząc związek AB, wszystko poprzez pewnego rodzaju wiązanie.

Dzięki udziałowi sił międzycząsteczkowych w wiązaniu jest energia. Na przykład energia w wiązaniu AA to E _AA, w wiązaniu BB jest to EBB, a na końcu w związku AB jest to E _AB .

Jeśli cząsteczka AB została utworzona przez wiązanie kowalencyjne, teoretycznie energia wiązania jest średnią energii E _AA i E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

Pauling obliczył E _AB dla różnych związków, zmierzył go eksperymentalnie i określił różnicę między dwoma wartościami, które nazwał Δ:

Δ = - (E _AB ) zmierzone - (E _AB ) teoretyczne - = - (E _AB ) zmierzone - ½ (E _AA + E _BB ) -

Pauling rozumował w ten sposób: jeśli Δ jest bardzo blisko 0, oznacza to, że elektroujemności obu pierwiastków są podobne, a wiązanie, które je łączy, jest kowalencyjne. Ale jeśli Δ nie jest małe, to wiązanie między A i B nie jest czysto kowalencyjne.

Im większa wartość bezwzględna Δ, tym większa różnica między elektroujemnością pierwiastków A i B, a zatem wiązanie, które je łączy, będzie typu jonowego. Później czytelnik znajdzie przykład, w którym obliczając Δ można określić rodzaj wiązania związku.

Równania na elektroujemność

Zakładając, że różnica w energiach jest sygnałem odróżniającym naturę wiązania, Pauling przeprowadził wiele eksperymentów, które doprowadziły go do stworzenia empirycznego wyrażenia dla względnych elektroujemności dwóch pierwiastków A i B tworzących cząsteczkę.

Oznaczając tę ​​elektroujemność jako χ (grecka litera „chi”), Pauling zdefiniował Δ następująco:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Zauważ, że Δ jest wartością dodatnią. Współczynnik f = 0,102, który pojawia się po pomnożeniu pierwiastka kwadratowego z Δ, jest współczynnikiem konwersji między kJ (kilodżulami) a eV (elektronowoltem), obydwoma jednostkami energii.

Jeśli zamiast tego zostaną użyte kilokalorie i elektronowolt, różnica w elektroujemności jest wyrażona za pomocą podobnego wzoru, ale przy f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√Δ

Pauling rozpoczął od przypisania wodoru wartości 2,1, poprzedniej wartości uzyskanej przez chemika Roberta Mullikena. Jako punkt wyjścia wybrał ten pierwiastek, ponieważ tworzy on wiązania kowalencyjne z wieloma innymi.

Korzystając z poprzedniego równania, kontynuował przypisywanie wartości względnych pozostałym elementom. W ten sposób zdał sobie sprawę, że elektroujemność wzrasta podczas przechodzenia od lewej do prawej i od góry do dołu w układzie okresowym, jak opisano w poprzedniej sekcji.

Przykład

Poniżej znajduje się lista pierwiastków: N, J, Y i M oraz ich odpowiednie elektroujemności Χ według skali Paulinga:

- N : Χ = 4,0

- J : Χ = 1,5

- Y : Χ = 0,9

- M : Χ = 1,6

Wśród utworzonych z nimi związków:

YJ, YN, MN i JM

Wskaż ten o najwyższym charakterze jonowym i ten, którego natura jest kowalencyjna. Podaj powody swojej odpowiedzi.

Rozwiązanie

Zgodnie z kryteriami ustalonymi przez Paulinga, związek o najwyższym charakterze jonowym będzie tym, który ma największą różnicę między elektroujemnościami, a zatem większą wartość Δ. Z kolei związek o najmniejszej różnicy energii to związek z wiązaniem kowalencyjnym.

Następnie obliczymy, ile Δ jest warte dla każdego związku, w następujący sposób:

Kompozyt YJ

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Composite YN

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Kompozyt MN

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

Kompozytowe JM

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Z poprzednich wyników można wywnioskować, że związkiem jonowym jest YN, którego Δ = 9,61, podczas gdy związkiem kowalencyjnym jest JM, z Δ = 0,01.

Bibliografia

1. Chemia Libretexts. Paulinga Elektroujemność. Odzyskane z: chem.libretexts.org.
2. Złota Księga IUPAC. Elektroujemność. Odzyskany z: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. Niezrozumiana elektroujemność. Odzyskany z: scielo.org.
4. Teksty naukowe. Elektroujemność. Odzyskany z: textcientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. Chemia. 9. Ed. Brooks / Cole. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Wiązanie kowalencyjne. Odzyskane z: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Wiązanie jonowe. Odzyskane z: es.wikipedia.org.