Електронегативност: мащаби, вариации, полезност и примери

Електронегативността е относителна периодична собственост, която се отнася до способността на атома да привлича електронна плътност от молекулната си среда. Тенденцията на един атом да привлича електрони, когато е прикрепена към молекула. Това се отразява в поведението на много съединения и как те взаимодействат междумолекулно един с друг.

Не всички елементи привличат електрони от съседни атоми в еднаква степен. В случая с тези, които лесно генерират електронна плътност, се казва, че са електропозитивни, докато тези, които се "покриват" с електрони, са електроотрицателни . Има много начини да обясните и наблюдавате това свойство (или концепция).

Например, в картите на електростатичните потенциали за молекула (като хлорния диоксид в изображението по-горе, ClO ₂ ) се наблюдава ефектът на различните електроотрицателни стойности за хлорните и кислородните атоми.

Червеният цвят показва богатите на електрони региони на молекулата, δ- и синия цвят тези, които са бедни на електрони, δ +. Така, след поредица от изчислителни изчисления, този тип карти могат да бъдат установени; много от тях показват пряка връзка между местоположението на електронегативните атоми и δ-.

Тя може също да се визуализира по следния начин: в една молекула е по-вероятно транзитът на електрони да настъпи в близост до повече електроотрицателни атоми. Поради тази причина за ClO2 атомите на кислорода (червените сфери) са заобиколени от червен облак, докато хлорният атом (зелената сфера) на синкав облак.

Определението за електроотрицателност зависи от подхода, който се дава на явлението, съществуващ няколко скали, които го разглеждат от определени аспекти. Въпреки това, всички скали са общи, че те са подкрепени от присъщата природа на атомите.

Скали за електронегативност

Електроотрицателността не е свойство, което може да бъде количествено определено, нито пък има абсолютни стойности. Защо? Тъй като тенденцията на един атом да привлича електронна плътност към нея не е еднаква във всички съединения. С други думи: електронегативността варира в зависимост от молекулата.

Ако за молекулата на ClO ₂, атомът С1 беше заменен с атом N, тогава тенденцията на О да привлече електроните също би се променила; може да се увеличи (да направи облака по-червено) или да намалее (загуби цвета). Разликата ще се състои в новата NO образувана връзка, за да има молекулата ONO (азотен диоксид, NO ₂ ).

Тъй като електроотрицателността на атома не е еднаква за всичките му молекулярни среди, е необходимо да се дефинира с други променливи. По този начин, имаме стойности, които служат като референтни и които ни позволяват да предвидим, например, вида на образуваната връзка (йонна или ковалентна).

Скала на Полинг

Великият учен и носител на две Нобелови награди, Линус Полинг, предложи през 1932 г. количествена (измерима) форма на електроотрицателната скала, известна като скалата на Полинг. В него електронегативността на два елемента, А и В, образуващи връзки, е свързана с допълнителната енергия, свързана с йонния характер на АВ връзката.

Как е това? Теоретично ковалентните връзки са най-стабилни, тъй като разпределението на техните електрони между два атома е справедливо; за молекулите АА и ВВ и двата атома споделят електронната двойка на връзката по същия начин. Ако обаче А е по-електроотрицателен, тогава тази двойка ще бъде повече от А, отколкото Б.

В този случай АВ вече не е напълно ковалентен, въпреки че ако неговите електроотрицателности не се различават много, може да се каже, че неговата връзка има висок ковалентен характер. Когато това се случи, връзката претърпява малка нестабилност и придобива допълнителна енергия като продукт на разликата между електронегативността между А и В.

Колкото по-голяма е тази разлика, толкова по-висока е мощността на връзката АВ и следователно по-голямата йонна характеристика на връзката.

Тази скала представлява най-използваната в химията, а стойностите на електроотрицателността са възникнали от задаването на стойност 4 за флуорния атом. От там те могат да изчислят другите елементи.

Mulliken скала

Докато скалата на Паулинг е свързана с енергията, свързана с връзките, мащабът на Робер Муликен е свързан повече с две други периодични свойства: енергията на йонизация (EI) и електронния афинитет (AE).

Ето защо, елемент с високи стойности на EI и AE е много електроотрицателен и следователно ще привлече електрони от неговата молекулна среда.

Защо? Тъй като EI отразява колко трудно е да се „издърпа“ външен електрон, а AE колко стабилен е анионът, образуван в газовата фаза. Ако и двете свойства имат големи величини, тогава елементът е "любовник" на електроните.

Електроограниченията на Mulliken се изчисляват по следната формула:

= _M = ½ (EI + AE)

Това означава, че х _M е равна на средната стойност на EI и AE.

За разлика от скалата на Паулинг, която зависи от това какви атоми образуват връзки, тя е свързана със свойствата на валентното състояние (с по-стабилните си електронни конфигурации).

И двете скали генерират подобни стойности на електроотрицателност за елементите и са приблизително свързани със следното преобразуване:

_P = 1, 35 ( _М ) 1/2 - 1, 37

И X _M и X _P са безразмерни стойности; това означава, че им липсват единици.

Скала на AL Allred и E.Rochow

Има и други скали на електроотрицателността, като Сандерсън и Алън. Обаче следващата следва първите две е скалата на Allred и Rochow (χ _AR ). Този път тя се основава на ефективния ядрен заряд, преживян от електроните на повърхността на атомите. Следователно тя е пряко свързана с атрактивната сила на ядрото и ефекта на екрана.

Как електронегативността варира в периодичната таблица?

Независимо от скалите или стойностите, които имате, електронегативността се увеличава от дясно на ляво за определен период и от дъното нагоре в групите. По този начин тя се увеличава към горния десен диагонал (без да брои хелий), докато се срещне с флуорид.

В изображението по-горе можете да видите това, което току-що беше казано. Електроотрицателността на Полинг се изразява в периодичната таблица според цветовете на клетките. Тъй като флуорът е най-електроотрицателен, той съответства на по-забележим пурпурен цвят, а на по-малко електроотрицателните (или електропозитивни) по-тъмни цветове.

Също така може да се отбележи, че главите на групите (H, Be, B, C и т.н.) имат цветовете по-светли и че докато слизате през групата, другите елементи стават по-тъмни. Защо е това? Отговорът е отново в свойствата EI, AE, Zef (ефективен ядрен заряд) и в атомния радиус.

Атомът в молекулата

Отделните атоми имат реален ядрен заряд Z и външните електрони страдат от ефективен ядрен заряд поради защитния ефект.

Когато се движи през определен период, Зеф се увеличава по такъв начин, че атомът се свива; атомните радиуси са намалени за период.

Това води до следствие, че в момента на свързване на атом с друг, електроните "ще текат" към атома с по-голям Зеф. Също така това дава йонна характеристика на връзката, ако има изразена тенденция електроните да отидат към атом. Когато това не е така, говорим за предимно ковалентна връзка.

Поради тази причина електронегативността варира в зависимост от атомните радиуси Zef, които от своя страна са тясно свързани с EI и AE. Всичко е верига.

За какво е?

За какво е електроотрицателност? По принцип, за да се определи дали бинарно съединение е ковалентно или йонно. Когато разликата в електронегативността е много висока (при скорост от 1.7 единици или повече), се казва, че съединението е йонно. Също така е полезно да се разпознае в структурата кои региони вероятно ще бъдат най-богати на електрони.

От тук може да се предвиди какъв механизъм или реакция може да претърпи съединението. В бедните региони на електроните, δ +, е възможно отрицателно заредените видове да работят по определен начин; и в райони, богати на електрони, техните атоми могат да взаимодействат по много специфичен начин с други молекули (дипол-диполни взаимодействия).

Примери (хлор, кислород, натрий, флуор)

Какви са стойностите на електроотрицателността за хлорните, кислородните, натриевите и флуорните атоми? След флуорид кой е най-електронегативният? С помощта на периодичната таблица се наблюдава, че натрият има тъмнолилав цвят, докато цветовете за кислород и хлор са визуално много сходни.

Неговите стойности за електроотрицателността на везните Pauling, Mulliken и Allred-Rochow са:

Na (0.93, 1.21, 1.01).

О (3.44, 3.22, 3.50).

С1 (3.16, 3.54, 2.83).

F (3.98, 4.43, 4.10).

Отбележете, че с цифровите стойности има разлика между негативността на кислорода и хлора.

Според скалата на Mulliken, хлорът е по-електроотрицателен от кислорода, за разлика от везните на Pauling и Allred-Rochow. Разликата в електронегативността между двата елемента е още по-очевидна, като се използва скалата на Allred-Rochow. И накрая, флуорът независимо от избраната скала е най-електроотрицателен.

Следователно, когато има един атом от F в молекула, това означава, че връзката ще има висок йонен характер.