Elektroneigiamumas: apibrėžimas, Paulingo skalė ir periodinė tendencija

Elektroneigiamumas, simbolis χ, yra cheminė savybė, nusakanti, kaip gerai atomas gali pritraukti elektronus prie savęs. Atomo elektroneigiamumą lemia atomo atominis skaičius, elektronų pasiskirstymas ir atstumas tarp atomo valentinių elektronų (išorinių elektronų, dalyvaujančių cheminiame ryšyje) ir atomo branduolio. Pirmą kartą jį 1932 m. teoriškai pagrindė Linusas Paulingas (Linus Pauling) kaip savo valentinio ryšio teorijos dalį; elektroneigiamumas glaudžiai susijęs su kitomis cheminėmis savybėmis, pavyzdžiui, jonizacijos energija ir elektronų affinumu. Paprastai elektroneigiamumas didėja periodinėje lentelėje iš kairės į dešinę bei iš apačios į viršų; tai vadinama periodine tendencija.

Kas lemia elektroneigiamumą

Pagrindiniai veiksniai:

Branduolio krūvis (didesnis atominis skaičius paprastai didina trauką į elektronus);
Atomo spindulys (mažesnis atstumas tarp branduolio ir valentinių elektronų didina elektroneigiamumą);
Elektronų užskiedimas (shielding) — vidaus elektronai sumažina branduolio trauką išoriniams elektronams, todėl elektroneigiamumas mažėja;
Oxidacijos būsena ir cheminė aplinka — tas pats elementas gali turėti skirtingas elektroneigiamumo reikšmes priklausomai nuo junginio ir oksidacijos laipsnio.

Paulingo skalė

Labiausiai paplitęs būdas apibūdinti elektroneigiamumą yra Linuso Paulingo pasiūlyta Paulingo skalė. Ji gaunama palyginant tikrųjų heteronukleidinių jungčių energijas su vidutinėmis atitinkamų homonukleidinių jungčių energijomis — skirtumas priskiriamas papildomai “joninei” arba polinei daliai, o pagal šį skirtumą skaičiuojamos santykinės χ reikšmės. Paprastai Paulingo skalės vertės svyruoja maždaug nuo 0,7 iki 3,98; vandenilio reikšmė pagal šią skalę yra 2,20, o didžiausias reikšmės atitikmuo priklauso fluoro atomui (≈3,98).

Kitos elektroneigiamumo skalės

Be Paulingo skalės egzistuoja ir kitokios apibrėžtys, kurios gali būti naudingos tam tikrose situacijose:

Mullikeno elektroneigiamumas — apskaičiuojamas kaip vidurkis tarp atomo jonizacijos energijos ir elektronų affinumo; matuojamas energijos vienetais (pvz., eV) ir leidžia tiesiogiai susieti su energetiniais parametrais.
Allred–Rochow skalė — paremtas efektyviuoju branduolio krūviu ir kovalentiniu spinduliu; pabrėžia elektrostatinį aspektą.

Periodinė tendencija

Elektroneigiamumas paprastai didėja judant į dešinę per periodą (didesnis branduolio krūvis, panašus atomas) ir didėja kylant aukštyn grupėje (mažesni atominiai spinduliai ir mažesnis užskiedimas). Todėl dauguma nekalinių elementų (pvz., halogenų ir deguonies grupės) turi didelį elektroneigiamumą, o alkaliai metalai — labai mažą.

Kaip elektroneigiamumas naudojamas praktikoje

Junginio poliarumo nustatymas: didelis skirtumas tarp dviejų elementų χ reikšmių rodo polinį arba net joninį ryšį. Paprastai laikoma, kad skirtumas ≤0,4 lemia nepolinį kovalentinį ryšį, apie 0,4–1,7 — polinį kovalentinį, o >1,7 — ryškų joninį pobūdį (tai yra apytikslės ribos).
Reaktyvumo ir cheminės cheminės pririšimo tendencijų paaiškinimas: elektroneigiamesni atomai linkę pritraukti elektronų, formuoti anijonus ar dalytis elektronais poliais.
Acidumo ir bazinumo vertinimas: elektroneigiamesnis atomų junginys gali stabilizuoti neigiamą krūvį ir taip didinti rūgštingumą (pvz., halogenų įtaka karboksirūgščių stiprumui).
Medžiagų inžinerija ir katalizė: elektrostatinės savybės, paviršiaus reaktyvumas ir elektronų paskirstymas siejami su elektroneigiamumu.

Apribojimai ir pastabos

Elektroneigiamumas yra naudingas konceptas, bet turi ribas: tai nėra tiesiogiai išmatuojama savybė; jos vertės priklauso nuo pasirinktos skalės ir matavimo sąlygų. Tas pats elementas gali turėti skirtingas elektroneigiamumo reikšmes skirtingose oksidacijos būsenose arba cheminėse aplinkose. Be to, rezonansas, tolygus elektronų pasiskirstymas ir koordinacija gali keisti realų elektronų traukos laipsnį jungtyse.

Apibendrinant: elektroneigiamumas yra patogus ir plačiai naudojamas rodiklis chemijoje, leidžiantis prognozuoti ryšių pobūdį, molekulių poliarumą ir kai kurias chemines savybes, tačiau vertinti reikėtų kartu su kitais parametrais ir realiomis cheminėmis sąlygomis.

Elektroneigiamumo apskaičiavimo būdai

Paulingo elektroneigiamumas

1932 m. Paulingas pasiūlė elektroneigiamumo idėją, norėdamas paaiškinti, kodėl dviejų skirtingų atomų (A-B) kovalentinio ryšio stiprumas yra stipresnis už kovalentinių ryšių A-A ir B-B stiprumo vidurkį. Jo valentinio ryšio teorija teigė, kad šį stipresnį ryšį tarp skirtingų atomų lemia joninis poveikis ryšiui.

Atomo A ir atomo B elektroneigiamumo skirtumas yra

χ A - χ B = ( e V ) - 1 / 2 E d ( A B ) - [ E d ( A A ) + E d ( B B ) ] / 2 {\displaystyle \chi _{\rm {A}}-\chi _{\rm {B}}=({\rm {eV}})^{-1/2}{\sqrt {E_{\rm {d}}({\rm {AB}})-[E_{\rm {d}}({\rm {AA}})+E_{\rm {d}}({\rm {BB}})]/2}}}}} $\chi _{\rm {A}}-\chi _{\rm {B}}=({\rm {eV}})^{-1/2}{\sqrt {E_{\rm {d}}({\rm {AB}})-[E_{\rm {d}}({\rm {AA}})+E_{\rm {d}}({\rm {BB}})]/2}}$

kur A-B, A-A ir B-B ryšių disociacijos energijos (t. y. energija, kurios reikia ryšiui tarp atomų nutraukti), _Ed, nurodomos elektronvoltais, o koeficientas (eV)^-½ pridedamas siekiant užtikrinti, kad galutinis atsakymas neturėtų vieneto. Pagal pirmiau pateiktą formulę galime apskaičiuoti, kad vandenilio ir bromo elekroneigiamumo skirtumas yra 0,73. (disociacijos energijos: H-Br - 3,79 eV; H-H - 4,52 eV; Br-Br - 2,00 eV)

Pagal šią lygtį apskaičiuojamas tik dviejų elementų elektroneigiamumo skirtumas. Norint iš lygties sudaryti skalę, reikia pasirinkti atskaitos tašką. Atskaitos tašku pasirinktas vandenilis, nes jis kovalentiškai jungiasi su daugeliu elementų. Iš pradžių buvo nustatyta, kad vandenilio elektroneigiamumas yra 2,1, bet vėliau jis buvo pakeistas į 2,20. Kitas dalykas, kurį reikia žinoti, norint sudaryti elektroneigiamumo skalę, yra tai, kuris elementas yra elektroneigiamesnis už atskaitos tašką, t. y. vandenilį. Tai dažnai daroma vadinamąja "chemine intuicija": pirmiau pateiktame pavyzdyje vandenilio bromidas (H-Br) tirpsta vandenyje ir skyla į H+ katijoną ir Br- anijoną. Taigi, galima daryti prielaidą, kad bromas yra elektroneigiamesnis už vandenilį.

Norint apskaičiuoti elemento Paulingo elektroneigiamumą, reikia duomenų apie bent dviejų elementų sukuriamų kovalentinių ryšių tipų disociacijos energijas. 1961 m. A. L. Allredas patobulino pradinius Paulingo duomenis, įtraukdamas termodinaminius duomenis, kurių yra daug daugiau. Šios "pataisytos Paulingo" elektroneigiamumo vertės naudojamos dažniau.

Elektropozityvumas

Elektropozityvumas - tai elemento gebėjimo atiduoti elektronus ir sudaryti teigiamus jonus matas.

Dažniausiai tai yra metalų savybė. Šarminiai metalai išoriniame apvalkale turi vieną elektroną, kuris lengvai prarandamas. Šių metalų jonizacijos energijos yra mažos.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra elektroneigiamumas?

A: Elektroneigiamumas yra cheminė savybė, kuri parodo, kaip gerai atomas gali pritraukti elektronus prie savęs.

K: Kas turi įtakos atomo elektroneigiamumui?

A: Atomo elektroneigiamumą lemia jo atominis skaičius ir atstumas tarp jo valentinių elektronų ir branduolio.

K: Kas pirmasis teoriškai pagrindė elektroneigiamumo sąvoką?

A: Pirmasis elektroneigiamumo sąvoką 1932 m. teoriškai pagrindė Linusas Paulingas (Linus Pauling), kaip valentinio ryšio teorijos dalį.

K: Kokia yra periodinė elektroneigiamumo tendencija?

A: Periodinė elektroneigiamumo tendencija yra ta, kad jis paprastai didėja nuo periodinės lentelės apačios kairėje į viršutinę dešinę.

K: Kaip apskaičiuojamas elektroneigiamumas?

A: Yra daug būdų atomo elektroneigiamumui apskaičiuoti, tačiau labiausiai paplitęs yra Linuso Paulingo pasiūlytas būdas, pagal kurį nustatoma santykinė Paulingo skalė.

K: Koks yra santykinės Paulingo skalės reikšmių intervalas?

Atsakymas: Pagal santykinę Paulingo skalę elementai įgyja neišmatuojamus dydžius (vertes) nuo 0,7 iki 3,98, o vandenilio vertė yra 2,20.

K: Kas yra elektroneigiamumo priešingybė?

Atsakymas: Priešingas elektroneigiamumui yra elektropozityvumas, kuris parodo, kaip gerai atomas atiduoda elektronus.