Elektronegatyvumo lentelės paaiškinimas: koncepcija, istorija ir pagrindinės skalės

Vienas didžiausių mokslo pasiekimų buvo cheminių elementų klasifikacija ir organizavimasMedžiagos savybių tyrimas siekia alchemikų laikus; šios srities mokslininkai visada nepamiršo klasifikavimo sistemos, kuri leistų tvarkingai tvarkyti kiekvienoje eroje žinomus elementus, sukūrimo svarbos.

Iš ten, po daugelio bandymų, gerai žinomas elektronegatyvumo lentelėJi glaudžiai susijusi su Mendelejevo periodine elementų lentele, kuri yra efektyviausia iki šiol turima klasifikavimo ir organizavimo sistema. Joje elementai išdėstyti pagal jų vietą. periodinės savybės Tarp jų išsiskiria elektronegatyvumas, kuris yra išorinio atomo elektronų gebėjimo jungtis su kitais atomais matas, tačiau apie tai vėliau pakalbėsime išsamiau.

Kas yra elektronegatyvumas?

Prieš pradedant gilintis į temą, svarbu patikslinti, kad visa medžiaga yra sudaryta iš atomaiKlasikiniuose modeliuose atomas yra elementarus ir nedalomas materijos vienetas, susidedantis iš centrinio branduolio, aplink kurį pasiskirstę protonai ir neutronai, ir elektronų, esančių skirtinguose energijos lygmenyse arba sluoksniuose. išoriniame apvalkale esantys elektronai elemento, vadinamo valentiniai elektronai, tie, kurie lemia kiekvienos medžiagos gebėjimą sudaryti junginius.

Štai kas apibrėžia elektronegatyvumą: atomo polinkis pritraukti elektronus prie savęs kurį jis dalijasi su kitu atomu, kai susidaro cheminis ryšys. Kitaip tariant, elektronegatyvumas matuoja atomo gebėjimą jungtis su kitais atomais ir kaip stipriai jis traukia bendrus elektronus.

Praktiniu požiūriu, elektronegatyvumas:

• Leidžia numatyti obligacijos tipą (joninis, polinis kovalentinis arba nepolinis kovalentinis), kuris susidarys tarp dviejų atomų.
• Tai padeda suprasti, molekulių poliškumas ir kaip dalinis elektros krūvis pasiskirsto tarp jų.
• Tai daro įtaką cheminis reaktyvumas elementų ir junginių, sąlygojančių, kaip lengvai jie gauna arba praranda elektronus reakcijose.

Šį procesą pirmiausia apibrėžia dviejų dydžių, susijusių su atomo struktūra, veikimas:

• Atominė masė: Tai bendra protonų ir neutronų masė viename atome. Didesnė atominė masė paprastai siejama su didesnis atominis spindulys, kuris turi įtakos stiprumui, kuriuo branduolys pritraukia valentingumo elektronus.
• Valentiniai elektronai: Tai neigiamai įkrautos dalelės, esančios išoriniame atomo sluoksnyje, kurios sudaro dalelių, galinčių keistis susidarant junginiams, skaičių. Kuo arčiau branduolio yra šis sluoksnis, tuo labiau įkrautas branduolys. Kuo didesnis elektronegatyvumas.

Be šių veiksnių, svarbų vaidmenį atlieka ir šie veiksniai: efektyvus branduolinis užtaisas (faktinė trauka, kurią valentinis elektronas jaučia branduoliui, atsižvelgiant į vidinių elektronų ekranavimą) ir atominis radijasMažesnis spindulys ir didesnis efektyvus branduolio krūvis paprastai reiškia didesnį elektronegatyvumą.

Elektronegatyvumo lentelės kūrimas

Ieškodami tinkamos elementų klasifikacijos, daugelis mokslininkų sukūrė idėjų apie tai, kokia galėtų būti tinkama sistema, per kurią elementus būtų galima tvarkingai pasiekti, atsižvelgiant į jų cheminės ir fizikinės savybėsŠis kelias su savo sėkmėmis ir nesėkmėmis lėmė laipsnišką periodinės lentelės sudarymą, o vėliau ir elektronegatyvumo kiekybinis įvertinimas naudojant skirtingas skales.

Šie mokslininkai padarė svarbų indėlį, prisidėjusį prie dabartinės elektroninio neigiamumo lentelės kūrimo:

• Antoine'as Lavoisier: Šio mokslininko atlikta elementų klasifikacija buvo atlikta gana greitai. savavališkasNeatsižvelgiant į tiksliai apibrėžtą periodiškumo kriterijų, jo klasifikacija nebuvo labai sėkminga prognozuojant savybes. Tačiau ji suteikė atspirties tašką diferenciacijai paprastos ir sudėtinės medžiagos.
• Johannas Dobereineris: Šis mokslininkas yra žinomas dėl to, kad sukūrė Dobereinerio triadosJis atliko tyrimą, kuriame sugrupavo elementus į tris grupes ir, palyginęs juos, nustatė, kad jų santykinės atominės masės (kurios nustatomos naudojant masių spektrometrą) ir tam tikros jų fizinių savybių vertės buvo tarpusavyje susijusios. Todėl jas buvo galima numatyti naudojant matematinius aproksimacijas. Britų chemikas Jonas Naujosios žemės Jis dirbo remdamasis Dobereinerio sukurtu pagrindu ir taip sugebėjo surūšiuoti elementus lentelėje, kurioje elementai buvo sugrupuoti didėjant santykinei atominei masei; šiuo grupavimu britas siekė sukurti lentelę, kurioje a periodinių pasikartojimų modelis elementų fizinių savybių. Kadangi tokie pasikartojimai buvo sugrupuoti aplink 8 elementus, jie buvo žymimi pavadinimu „Oktavų dėsnis“.
• Lotharas Meyeris: Jis žinomas dėl žinių išplėtimo studijų srityje. fizinių ir atominių savybių ryšys komponentų. Jis grafiškai pavaizdavo atomo tūrio ir atominės masės priklausomybę ir stebėjo savybių periodiškumą. Jo darbas papildė Mendelejevo atliktus darbus, tačiau buvo nuo jų nepriklausomas.
• Dmitrijus Mendelejevas: Remiantis. Postulatais periodinė teisėŠis mokslininkas sukūrė tiksliausią elementų klasifikaciją, kuri naudojama iki šiol (su pakeitimais, įtraukiant naujai atrastus elementus). Jis klasifikavo elementus daugiausia remdamasis jų savybėmis. atominės masės ir cheminės savybėsJis turėjo įžvalgumo palikti langelius ten, kur netilpo joks elementas, numatydamas, kad ten tilps neatrastas elementas. Žinomi elementai, kurie netilpo į eilės parametrų ribas, buvo pažymėti atskirai. užuot savavališkai įtraukta (Lavoisier ir Newlands padaryta klaida). Vėliau, tobulėjant kvantinei teorijai ir elektronų afiniškumo bei jonizacijos energijų sąvokoms, tapo įmanoma susieti lentelėje esančią poziciją su elektronegatyvumas.

Kalbant apie elektronegatyvumą lentelėje, bendroji taisyklė yra tokia:

• Elektronegatyvumas yra vertė, kuri Jis didėja judant iš kairės į dešinę tuo pačiu laikotarpiu dėl padidėjusios efektyviosios branduolinės apkrovos.
• elektronegatyvumas mažėja, kai toje pačioje grupėje leidžiasi žemynnes atomo spindulys padidėja, o valentiniai elektronai yra toliau nuo branduolio.
• Elementai, randami lentelės viršuje, dešinėje (išskyrus inerias dujas) pasižymi didžiausiomis elektronegatyvumo vertėmis, o fluoras yra labiausiai elektroneigiamas elementas.

Elektronegatyvumas periodinėje lentelėje

Elemento elektronegatyvumas priklauso nuo daugelio veiksnių, tokių kaip atominis skaičius, Iš atomo dydis arba spindulys ir branduolinis užtaisasApskritai, labai elektroneigiami elementai, pavyzdžiui, nemetalai, esantys periodinės lentelės dešinėje, linkę įgyti elektronų lengvai, sudarydami anijonus. Priešingai, elementai, pasižymintys mažu elektronegatyvumu, pavyzdžiui, dauguma metalų, linkę atiduoti elektronus ir sudaro katijonus.

Elektronegatyvumo skirtumai reikšmingai veikia junginių cheminės ir fizikinės savybėsKeletas svarbių pavyzdžių:

• Kai dviejų atomų elektronegatyvumo skirtumas yra didelis, atsiranda polinkis formuotis joninės jungtys, kuriam būdingas beveik visiškas elektronų perdavimas iš vieno atomo į kitą.
• Kai skirtumas yra vidutinis arba mažas, jie susidaro kovalentiniai ryšiaiKuriame atomai dalijasi elektronais; jei skirtumas nėra nulis, jungtis bus polinė kovalentinė, o krūvio pasiskirstymas bus nevienodas.

Periodinėje lentelėje galima pastebėti šiuos dalykus bendros elektronegatyvumo tendencijos:

1. Los jokių metalų Elementai paprastai turi didesnį elektronegatyvumą nei metalai. Pavyzdžiui, fluoras (F) turi didžiausią elektronegatyvumą, o tokie elementai kaip cezis (Cs) arba francis (Fr) turi labai mažas vertes.
2. elektronegatyvumas didėja per tam tikrą laikotarpį (iš kairės į dešinę) dėl padidėjusio branduolio krūvio, kuris stipriau pritraukia jungiamuosius elektronus.
3. elektronegatyvumas mažėja einant žemyn grupe (iš viršaus į apačią), nes atomo spindulys didėja, o valentiniai elektronai yra toliau nuo branduolio, todėl trauka silpnėja.
4. Los Tauriosios dujos Paprastai jie pasižymi labai mažu arba praktiškai nuliniu elektronegatyvumu pagal Paulingo skalę, nes turi pilną valentingumo sluoksnį ir nėra linkę nei įgyti, nei prarasti elektronų.

Nuoroda: kai kurios apytikslės elektronegatyvumo vertės Paulingo skalėje yra:

• Fluoras (F): 3,98
• Deguonis (O): 3,44
• Azotas (N): 3,04
• Chloras (Cl): 3,16
• Anglis (C): 2,55
• Vandenilis (H): 2,20
• Natris (Na): 0,93
• Kalcis (Ca): 1,00
• Francio (Pr.): 0,70

Šios vertės padeda greitai suprasti, kurie elementai linkę labiau pritraukia elektronus (pvz., fluoras ar deguonis) ir kurios jas lengvai atiduoda (pvz., natris ar francis).

Elektronegatyvumo skalės

Skirtingos elektronegatyvumo vertės lemia susidariusios jungties tipą; todėl šio proceso tyrimas buvo įdomus ir buvo atlikti tyrimai. skirtingos skalės kiekybinis. Iš jų geriausiai žinomos yra Paulingo skalė ir Mullikeno skalė.

Paulingo skalė: Remiantis Linuso Paulingo tyrimais, buvo nustatyta, kad elektronegatyvumas yra santykinė savybė ir kintamasisnes tai iš dalies priklauso nuo elemento oksidacijos laipsnio ir cheminės aplinkos. Jo stebėjimai leido nustatyti, kad jei a skirtumas tarp elektronegatyvumų Iš dviejų atomų buvo galima numatyti susidarančio ryšio tipą, nes jis nustatė skaitinę skalę, pagrįstą ryšių energijomis.

Paulingo skalėje fluoras laikomas labiausiai elektroneigiamu elementu, kurio vertė artima 3,98, o kitų elementų vertės apskaičiuojamos pagal jį. Bendrieji kriterijai gali būti nustatyti naudojant šią skalę:

• Joninis ryšys: elektronegatyvumo skirtumas didesnis arba lygus 1,7Šis ryšys paprastai susidaro tarp metalinių elementų (mažas elektronegatyvumas) ir nemetalinių elementų (didelis elektronegatyvumas).
• Poliarinis kovalentinis ryšys: kai skirtumas yra intervale maždaug nuo 0,4 iki 1,7Šiuo atveju elektronai yra bendri, bet jie labiau pasislenka link labiau elektroneigiamo atomo, generuodami elektriniai dipoliai dalinis.
• Nepolinis kovalentinis ryšys: dėl skirtumų lygus arba mažesnis nei 0,4Elektronai pasiskirsto beveik vienodai, nesukuriant reikšmingų dalinių krūvių.

Šie diapazonai yra apytiksliai, tačiau jie labai naudingi numatyti nuorodos elgesį ir molekulių poliškumą.

Mullikeno skalė: Jis pagrįstas Elektroninis giminingumas elementų, o tai apibrėžia jų polinkį įgyti neigiamą krūvį ir todėl jų gebėjimą priimti elektronus, ir jonizacijos potencialaikurie lemia elemento polinkį įgauti teigiamą krūvį (teigiamai įkrauti elementai yra tie, kurie atiduoda elektronus iš savo išorinio sluoksnio). Mullikeno skalėje elektronegatyvumas apskaičiuojamas kaip jonizacijos energijos ir elektronų afiniteto vidurkis elemento. Ši skalė veikia su vidutinėmis vertėmis, išreikštomis energijos vienetais, ir vėliau gali būti konvertuojama į skalę, panašią į Paulingo skalę.

Nors egzistuoja ir kitos skalės (pvz., Allred-Rochow skalė, pagrįsta elektrostatine jėga, veikiančia valentingus elektronus), Paulingo skalė išlieka plačiausiai priimta. dažniausiai naudojami mokymo ir periodinėse lentelėse dėl savo paprastumo ir lengvumo interpretuojant tendencijas.

Praktiniai elektronegatyvumo pavyzdžiai ir jo svarba

Norint geriau suprasti elektronegatyvumo naudą, naudinga pažvelgti į kai kuriuos konkretūs elementų pavyzdžiai ir kaip ši vertė lemia jos savybes:

• Vandenilis (H): Jo elektronegatyvumas pagal Paulingo skalę yra maždaug 2,2. Tai yra lengviausias elementas periodinės lentelės junginys ir gali elgtis panašiai kaip šarminiai metalai (atiduodant savo vienintelį elektroną) arba halogenai (dalinantis elektronu arba jį įgyjant), priklausomai nuo jungties konteksto.
• Anglis (C): kurio elektronegatyvumas yra apie 2,55, jis sudaro daugybę kovalentinių jungčių ir yra pagrindas organinė chemijaJo tarpinė vertė leidžia jam santykinai subalansuotai dalytis elektronais su daugeliu elementų, sukuriant labai įvairias struktūras.
• Azotas (N): Jo elektronegatyvumas yra apie 3,04 ir jis priklauso grupei jokių metalųJis linkęs gauti elektronus arba jais stipriai dalytis, o tai paaiškina didelį tokių molekulių kaip molekulinis azotas (N₂) stabilumą.₂).
• Deguonis (O): Esant 3,44 elektronegatyvumui, jis stipriai traukia bendrus elektronus. Tai paaiškina vandens poliškumas (H₂O), kur deguonis įgyja dalinį neigiamą krūvį, o vandenilis – dalinį teigiamą.
• Inertinės dujos (pavyzdžiui, neonas, Ne): turėdamas pilno valentingumo apvalkalaiJie pasižymi itin mažu elektronegatyvumu pagal Paulingo skalę, daugeliu atvejų laikomi praktiškai nuliais, nes vos sudaro cheminius ryšius.

Elektronegatyvumo ir periodinės lentelės tendencijų supratimas leidžia chemijos studentams ir specialistams vizualizuoti lentelę kaip tikrąją. „receptų knyga“Iš elemento padėties galima spręsti, kaip jis elgsis kitų atžvilgiu, kokio tipo ryšį sudarys ir koks bus krūvių pasiskirstymas susidariusiose molekulėse.

Tokiu būdu elektronegatyvumas tampa esminiu įrankiu suprasti molekulinę struktūrą, reaktyvumą ir jungčių pobūdį kurie susidaro tarp atomų tiek neorganinėse, tiek organinėse ir biocheminėse sistemose.

Supratimas, kas yra elektronegatyvumas, kaip jis kinta periodinėje lentelėje ir kaip jis susijęs su skirtingomis šiuolaikinės chemijos siūlomomis skalėmis, leidžia geriau interpretuoti kasdienės cheminės reakcijos, nuo druskų ir oksidų susidarymo iki vandens, rūgščių, bazių ir organinių molekulių, esančių gyvuose organizmuose ir technologinėse medžiagose, elgesio.