Објашњење табеле електронегативности: концепт, историја и главне скале

Једно од великих научних достигнућа био је класификација и организација хемијских елеменатаПроучавање својстава материје датира још из времена алхемичара; научници у овој области су увек имали на уму важност успостављања система класификације који је омогућавао уредно руковање елементима који су били познати у свакој ери.

Одатле, након многих покушаја, добро познати табела електронегативностиУско је повезан са Мендељејевљевим периодним системом елемената, који је најефикаснији систем класификације и организације који до данас имамо. У њему су елементи распоређени према свом периодична својства Међу њима се истиче електронегативност, која је мера способности електрона у његовој најудаљенијој љусци да се комбинују са другим атомима, али о томе ћемо детаљније говорити касније.

Шта је електронегативност?

Пре него што се упустимо у тему, важно је разјаснити да је сав материјал састављен од атомаАтом је елементарна и недељива јединица материје у класичним моделима и састоји се од централног језгра око којег су распоређени протони и неутрони, и електрона у различитим енергетским нивоима или љускама. електрони присутни у најудаљенијој љусци елемента, названог валентни електрони, оне које одређују способност сваког материјала да формира једињења.

Ово је оно што дефинише електронегативност: тенденција атома да привлачи електроне ка себи коју дели са другим атомом када се формира хемијска веза. Другим речима, електронегативност мери способност атома да се комбинује путем веза са другим атомима и колико снажно привлачи заједничке електроне.

Са практичне тачке гледишта, електронегативност:

Дозвољава предвидети врсту везе (јонски, поларни ковалентни или неполарни ковалентни) који ће се формирати између два атома.
Помаже у разумевању поларност молекула и како је делимично електрично наелектрисање распоређено међу њима.
То утиче на хемијска реактивност елемената и једињења, условљавајући колико лако добијају или губе електроне у реакцијама.

Овај процес је првенствено дефинисан деловањем две величине повезане са атомском структуром:

Атомска маса: То је укупна маса протона и неутрона у једном атому. Већа атомска маса је обично повезана са већи атомски радијус, што утиче на снагу којом језгро привлачи валентне електроне.
Валентни електрони: То су негативно наелектрисане честице које се налазе у најудаљенијој љусци атома, које чине број честица доступних за размену при формирању једињења. Што је ова љуска ближа језгру и језгро је наелектрисаније, Што је већа електронегативност.

Поред ових фактора, следећи такође играју улогу: ефективно нуклеарно пуњење (стварна привлачност коју валентни електрон осећа према језгру, узимајући у обзир заштиту унутрашњих електрона) и атомски радиоМањи радијус и веће ефективно нуклеарно наелектрисање обично подразумевају већу електронегативност.

Развој табеле електронегативности

У потрази за одговарајућом класификацијом елемената, многи научници су развили идеје о томе какав би могао бити одговарајући систем, путем којег би се елементима могло приступити на уредан начин, узимајући у обзир њихову хемијска и физичка својстваОвај пут, са својим успесима и неуспесима, довео је до постепене конструкције периодног система елемената, а касније и до квантификација електронегативности користећи различите скале.

Следећи научници дали су важан допринос развоју тренутне табеле електронегативности:

Антоине Лавоисиер: Класификација елемената коју је спровео овај научник урађена је на релативно произвољанБез разматрања добро дефинисаног критеријума периодичности, његова класификација није била веома успешна у предвиђању својстава. Међутим, пружила је полазну тачку за диференцијацију једноставне и сложене супстанце.
Јоханн Добереинер: Овај научник је познат по развоју Доберејнерове тријадеРазвио је студију у којој је груписао елементе у групе од по три, откривајући, правећи поређења, да њихове релативне атомске масе (који се одређују помоћу масеног спектрометра) и одређене вредности њихових физичких својстава биле су међусобно повезане. Стога су се могле предвидети коришћењем математичких апроксимација. Британски хемичар Јохн невландс Радио је на основи коју је развио Доберејнер и тако је успео да поређа елементе у табели са групама елемената растућих релативних атомских маса; са овим груписањем, Британац је настојао да развије табелу где би... образац периодичних понављања физичких својстава елемената. Пошто су таква понављања груписана око 8 елемената, означена су именом „Закон октаве“.
Лотхар Меиер: Познат је по проширивању знања у области проучавања веза између физичких и атомских својстава компоненти. Графички је представио атомску запремину у односу на атомску масу и посматрао периодичност својстава. Његов рад је био допуна, али и независан од, рада Мендељејева.
Дмитри Менделеев: На основу постулата периодични законОвај научник је развио најтачнију класификацију елемената, која се и данас користи (уз модификације које укључују новооткривене елементе). Класификовао је елементе првенствено на основу њихових својстава. атомске масе и хемијска својстваИмао је визију да остави кутије тамо где ниједан елемент није одговарао, очекујући да ће се тамо уклопити неоткривени елемент. Познати елементи који су избегли параметре редоследа били су одвојено означени. уместо да буду произвољно укључени (грешка коју су направили Лавоазје и Њуландс). Касније, са напретком квантне теорије и концепата афинитета електрона и енергије јонизације, постало је могуће повезати позицију у табели са електронегативност.

Што се тиче електронегативности у табели, опште правило је:

Електронегативност је вредност која Повећава се при кретању с лева на десно у истом периоду, због повећања ефективног нуклеарног оптерећења.
електронегативност смањује се при силаску унутар исте групејер се атомски радијус повећава, а валентни електрони се налазе даље од језгра.
Елементи који се налазе у горе десно од стола (искључујући племените гасове) показују највише вредности електронегативности, при чему је флуор најелектронегативнији елемент.

Електронегативност у периодном систему елемената

Електронегативност елемента зависи од неколико фактора, као што су његов атомски број, он атомска величина или радијус и нуклеарно пуњењеГенерално, високо електронегативни елементи, као што су неметали који се налазе десно од периодног система, имају тенденцију да добијају електроне лако, формирајући ањоне. Насупрот томе, елементи са ниском електронегативношћу, као што су већина метала, имају тенденцију да одустати од електрона и формирају катјоне.

Разлике у електронегативности значајно утичу на хемијска и физичка својства једињењаПар важних примера:

Када је разлика у електронегативности између два атома велика, постоји тенденција ка формирању јонске везе, карактерише га скоро потпуни пренос електрона са једног атома на други.
Када је разлика умерена или мала, они се формирају ковалентне везеУ коме атоми деле електроне; ако разлика није нула, веза ће бити поларна ковалентна, а расподела наелектрисања ће бити неуједначена.

У периодном систему елемената се може видети следеће општи трендови електронегативности:

Л неметали Елементи обично имају већу електронегативност од метала. На пример, флуор (F) има највећу електронегативност, док елементи попут цезијума (Cs) или францијума (Fr) имају веома ниске вредности.
електронегативност повећава се током одређеног периода (с лева на десно), због повећања нуклеарног наелектрисања које јаче привлачи везујуће електроне.
електронегативност смањује се како се спуштате у групи (од врха до дна), јер се атомски радијус повећава и валентни електрони су даље од језгра, што слаби привлачење.
Л племените гасове Они генерално показују веома ниску или практично нулту електронегативност на Полинговој скали, јер поседују комплетну валентну љуску и немају тенденцију да добијају или губе електроне.

За референцу, неке приближне вредности електронегативности на Полинговој скали су:

Флуор (F): 3,98
Кисеоник (O): 3,44
Азот (Н): 3,04
Хлор (Цл): 3,16
Угљеник (C): 2,55
Водоник (H): 2,20
Натријум (Na): 0,93
Калцијум (Ца): 1,00
Франсио (Фр): 0,70

Ове вредности помажу да се брзо разуме који елементи имају тенденцију привлаче електроне више (као што су флуор или кисеоник) и који их лако ослобађају (као што су натријум или францијум).

Ваге електронегативности

Различите вредности електронегативности одређују врсту формиране везе; стога је проучавање овог процеса било од интереса и истраживање је развијено различите скале квантитативне. Међу њима су најпознатије Полингова скала и Маликен скала.

Паулинг скала: Према истраживањима Линуса Полинга, утврђено је да је електронегативност релативно својство и променљивапошто делимично зависи од оксидационог стања елемента и хемијског окружења. Његова запажања су омогућила да се утврди да, ако разлика између електронегативности Из два атома било је могуће предвидети врсту везе која ће се формирати, пошто је успоставио нумеричку скалу засновану на енергијама веза.

У Полинговој скали, флуор се узима као најелектронегативнији елемент, са вредношћу близу 3,98, а вредности осталих елемената се израчунавају из њега. Општи критеријуми се могу утврдити коришћењем ове скале:

Јонска веза: разлика електронегативности веће или једнако 1,7Ова веза се обично јавља између металних елемената (ниска електронегативност) и неметалних елемената (висока електронегативност).
поларна ковалентна веза: када је разлика унутар интервала од приближно 0,4 до 1,7У овом случају, електрони су заједнички, али се више померају ка електронегативнијем атому, генеришући електрични диполи делимичан.
Неполарна ковалентна веза: за разлике једнако или мање од 0,4Електрони се деле готово подједнако, без стварања значајних парцијалних наелектрисања.

Ови распони су приближни, али су веома корисни за предвидети понашање линка и поларитет молекула.

Мулликен скала: Заснован је на афинитет електрона елемената, што дефинише њихову тенденцију да стекну негативно наелектрисање и самим тим њихову способност да прихвате електроне, и у јонизациони потенцијаликоји одређују склоност елемента да прими позитивно наелектрисање (позитивно наелектрисани елементи су они који донира електроне из своје најудаљеније љуске). На Маликенoвој скали, електронегативност се израчунава као просек енергије јонизације и афинитета електрона елемента. Ова скала ради са просечним вредностима израженим у енергетским јединицама, а касније се може претворити у скалу упоредиву са Полинговом.

Иако постоје и друге скале (као што је Олред-Роховљева скала, заснована на електростатичкој сили на валентним електронима), Полингова скала остаје најшире прихваћена. најчешће се користи у настави и периодним табелама због своје једноставности и лакоће тумачења трендова.

Практични примери електронегативности и њен значај

Да бисмо боље разумели корисност електронегативности, корисно је погледати неке конкретни примери елемената и како ова вредност условљава његова својства:

Водоник (H): Има електронегативност од приближно 2,2 на Полинговој скали. То је најлакши елемент периодног система и могу се понашати слично алкалним металима (предајући свој једини електрон) или халогенима (делећи или добијајући електрон), у зависности од контекста везивања.
Угљеник (C): Са електронегативношћу око 2,55, формира бројне ковалентне везе и основа је органска хемијаЊегова средња вредност му омогућава да дели електроне на релативно уравнотежен начин са многим елементима, стварајући веома разнолике структуре.
Азот (Н): Има електронегативност од око 3,04 и припада групи неметалиТежи да добије електроне или их снажно дели, што објашњава велику стабилност молекула попут молекуларног азота (N₂).₂).
Кисеоник (O): Са електронегативношћу од 3,44, снажно привлачи заједничке електроне. Ово објашњава поларност воде (H₂O), где кисеоник добија делимично негативно наелектрисање, а водоник делимично позитивно наелектрисање.
Племенити гасови (на пример, неон, Ne): поседовањем пуне валентне љускеОни показују изузетно ниску електронегативност на Полинговој скали, до те мере да се у многим случајевима сматрају практично нултом, јер једва формирају хемијске везе.

Разумевање електронегативности и трендова у периодном систему омогућава студентима хемије и професионалцима да визуелизују систем као истиниту... „Књига рецепата“Из положаја елемента може се закључити како ће се понашати према другима, какву врсту везе ће формирати и каква ће бити расподела наелектрисања унутар резултирајућих молекула.

На овај начин, електронегативност постаје суштински алат за да разумеју молекуларну структуру, реактивност и природу веза који се формирају између атома, како у неорганским тако и у органским и биохемијским системима.

Разумевање шта је електронегативност, како се она мења у периодном систему и како се односи на различите скале које предлаже модерна хемија, омогућава боље тумачење свакодневне хемијске реакције, од формирања соли и оксида до понашања воде, киселина, база и органских молекула присутних у живим организмима и технолошким материјалима.