Elektroujemność: skale, zmienność, użyteczność i przykłady
Elektroujemność jest względną okresową właściwością, która dotyczy zdolności atomu do przyciągania gęstości elektronowej z otoczenia molekularnego. Jest to tendencja atomu do przyciągania elektronów, gdy jest on przyłączony do cząsteczki. Znajduje to odzwierciedlenie w zachowaniu wielu związków i ich interakcji międzycząsteczkowej.
Nie wszystkie elementy przyciągają elektrony z sąsiednich atomów w równej mierze. W przypadku tych, którzy łatwo dają gęstość elektroniczną, mówi się, że są elektropozytywni, podczas gdy ci, którzy „zakrywają” się elektronami, są elektroujemni . Istnieje wiele sposobów na wyjaśnienie i obserwację tej właściwości (lub pojęcia).
Na przykład na mapach potencjałów elektrostatycznych cząsteczki (takich jak dwutlenek chloru na powyższym obrazku, ClO 2 ) obserwuje się wpływ różnych elektroujemności na atomy chloru i tlenu.
Czerwony kolor wskazuje bogate w elektrony obszary cząsteczki, δ-, a kolor niebieski te, które są ubogie w elektrony, δ +. Zatem po serii obliczeń obliczeniowych można ustalić ten rodzaj map; wiele z nich wykazuje bezpośredni związek między położeniem atomów elektroujemnych i δ-.
Można go również wizualizować w następujący sposób: w obrębie cząsteczki tranzyt elektronów jest bardziej prawdopodobny w pobliżu bardziej elektroujemnych atomów. Z tego powodu dla ClO 2 atomy tlenu (czerwone kule) są otoczone czerwoną chmurą, podczas gdy atom chloru (zielona kula) niebieskawej chmury.
Definicja elektroujemności zależy od podejścia do zjawiska, istniejącego kilku skal, które uważają je za pewne aspekty. Jednak wszystkie skale mają wspólne cechy, które są wspierane przez wewnętrzną naturę atomów.
Skale elektroujemności
Elektroujemność nie jest właściwością, którą można określić ilościowo, ani nie ma wartości bezwzględnych. Dlaczego? Ponieważ tendencja atomu do przyciągania gęstości elektronowej do niego nie jest taka sama we wszystkich związkach. Innymi słowy: elektroujemność zmienia się w zależności od cząsteczki.
Gdyby dla cząsteczki ClO 2 atom Cl został zastąpiony atomem N, to zmieniłaby się również tendencja O do przyciągania elektronów; może wzrosnąć (uczynić chmurę bardziej czerwoną) lub zmniejszyć (stracić kolor). Różnica polegałaby na utworzeniu nowego wiązania NO, aby mieć cząsteczkę ONO (dwutlenek azotu, NO 2 ).
Ponieważ elektroujemność atomu nie jest taka sama dla wszystkich jego środowisk molekularnych, konieczne jest zdefiniowanie go w kategoriach innych zmiennych. W ten sposób mamy wartości, które służą jako punkt odniesienia i które pozwalają nam przewidzieć, na przykład, rodzaj tworzonego wiązania (jonowego lub kowalencyjnego).
Skala Paulinga
Wielki naukowiec i zdobywca dwóch nagród Nobla, Linus Pauling, zaproponował w 1932 r. Ilościową (mierzalną) formę elektroujemnego zwaną skalą Paulinga. W tym elektroujemność dwóch elementów, 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 dla cząsteczek AA i BB oba atomy dzielą parę elektronową wiązania w ten sam sposób. Jeśli jednak A jest bardziej elektroujemny, to ta para będzie większa niż A niż B.
W tym przypadku AB nie jest już całkowicie kowalencyjny, chociaż jeśli jego elektroujemności nie różnią się znacznie, można powiedzieć, że jego wiązanie ma charakter wysoce kowalencyjny. W takim przypadku wiązanie ulega niewielkiej niestabilności i uzyskuje dodatkową energię jako iloczyn różnicy elektroujemności między A i B.
Im większa jest ta różnica, tym większa moc łącza AB, aw konsekwencji większy jonowy charakter łącza.
Ta skala reprezentuje najczęściej używane w chemii, a wartości elektroujemności powstały z przypisania wartości 4 dla atomu fluoru. Stamtąd mogli obliczyć pozostałe elementy.
Skala Mullikena
Podczas gdy skala Paulinga ma związek z energią związaną z ogniwami, skala Roberta Mullikena wiąże się bardziej z dwiema innymi właściwościami okresowymi: energią jonizacji (EI) i powinowactwem elektronicznym (AE).
Zatem element o wysokich wartościach EI i AE jest bardzo elektroujemny, dlatego przyciągnie elektrony ze swojego środowiska molekularnego.
Dlaczego? Ponieważ EI odzwierciedla, jak trudno jest „wyciągnąć” zewnętrzny elektron, a AE, jak stabilny jest anion powstający w fazie gazowej. Jeśli obie właściwości mają duże wielkości, wówczas element jest „kochankiem” elektronów.
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 to związane z właściwościami stanu walencyjnego (z jego bardziej stabilnymi konfiguracjami elektronowymi).
Obie skale generują podobne wartości elektroujemności dla elementów i są w przybliżeniu związane z następującą rekonwersją:
ΧP = 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 Allred i E.Rochow
Istnieją inne skale elektroujemności, takie jak Sanderson i Allen. Jednak ten, który następuje po dwóch pierwszych, jest skalą Allreda i Rochowa (χ AR ). Tym razem opiera się na efektywnym ładunku jądrowym i doświadczeniu elektronów na powierzchni atomów. Dlatego jest to bezpośrednio związane z atrakcyjną siłą rdzenia i efektem ekranu.
Jak zmienia się elektroujemność w układzie okresowym?
Niezależnie od skali lub wartości, które posiadasz, elektroujemność wzrasta od prawej do lewej przez pewien okres i od dołu do góry w grupach. W związku z tym zwiększa się w kierunku prawej górnej przekątnej (bez liczenia helu), dopóki nie spotka się z fluorem.
Na obrazku powyżej możesz zobaczyć to, co właśnie zostało powiedziane. Elektroujemności Paulinga są wyrażane w układzie okresowym zgodnie z kolorami komórek. Ponieważ fluor jest najbardziej elektroujemny, odpowiada bardziej widocznemu purpurowemu kolorowi, podczas gdy mniej elektroujemnym (lub elektropozytywnym) ciemniejszym kolorom.
Można również zauważyć, że głowy grup (H, Be, B, C itp.) Mają jaśniejsze kolory, a podczas przechodzenia przez grupę inne elementy stają się ciemniejsze. Dlaczego tak jest Odpowiedź jest znowu w właściwościach EI, AE, Zef (efektywny ładunek jądrowy) iw promieniu atomowym.
Atom w cząsteczce
Poszczególne atomy mają prawdziwy ładunek jądrowy Z, a zewnętrzne elektrony są obciążone efektywnym ładunkiem jądrowym z powodu efektu ekranowania.
W miarę upływu czasu Zef wzrasta w taki sposób, że atom się kurczy; to znaczy promienie atomowe są redukowane w okresie.
Powoduje to, że w momencie połączenia atomu z innym elektrony „będą płynąć” w kierunku atomu z większym Zefem. Daje to również jonowy charakter łączu, jeśli istnieje wyraźna tendencja elektronów do przejścia w kierunku 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 powiązane z EI i AE. Wszystko jest łańcuchem.
Po co to jest?
Do czego służy elektroujemność? Zasadniczo, aby określić, czy związek binarny jest kowalencyjny czy jonowy. Gdy różnica w elektroujemności jest bardzo wysoka (w tempie 1, 7 jednostek lub więcej), mówi się, że związek jest jonowy. Warto również rozpoznać w strukturze, które regiony będą najbogatsze w elektrony.
Stąd można przewidzieć, jakiego mechanizmu lub reakcji może ulec związek. W biednych regionach elektronów, δ +, możliwe jest, że gatunki naładowane ujemnie działają 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? Po fluorku, kto jest najbardziej elektroujemny? Za pomocą układu okresowego obserwuje się, że sód ma ciemnofioletowy kolor, podczas gdy kolory tlenu i chloru są wizualnie bardzo podobne.
Jego wartości elektroujemności dla skali Paulinga, Mullikena i Allreda-Rochowa są następujące:
Na (0, 93, 1, 21, 1, 01).
O (3, 44, 3, 22, 3, 50).
Cl (3, 16, 3, 54, 2, 83).
F (3, 98, 4, 43, 4, 10).
Zauważ, że przy wartościach liczbowych istnieje różnica między ujemnymi wartościami tlenu i chloru.
Według skali Mullikena, chlor jest bardziej elektroujemny niż tlen, w przeciwieństwie do skal Paulinga i Allreda-Rochowa. Różnica elektroujemności między obydwoma elementami jest jeszcze bardziej widoczna w skali Allreda-Rochowa. I wreszcie, fluor niezależnie od wybranej skali jest najbardziej elektroujemny.
Dlatego tam, gdzie w cząsteczce znajduje się atom F, oznacza to, że wiązanie będzie miało wysoki charakter jonowy.
