Elektronegativitetstabellen forklart: konsept, historie og hovedskalaer

En av de store vitenskapelige bragdene var klassifisering og organisering av kjemiske elementerStudiet av materiens egenskaper går tilbake til alkymistenes tid; forskere på dette området har alltid husket på viktigheten av å etablere et klassifiseringssystem som muliggjorde en ordnet håndtering av elementene som var kjent i hver tidsepoke.

Derfra, etter mange forsøk, den velkjente elektronegativitetstabellenDet er nært knyttet til Mendeleevs periodiske system, som er det mest effektive klassifiserings- og organiseringssystem vi har til dags dato. I det er elementene ordnet etter deres periodiske egenskaper Blant dem skiller elektronegativitet seg ut, som er et mål på elektronenes evne i det ytterste skallet til å kombinere seg med andre atomer, men det skal vi snakke mer detaljert om senere.

Hva er elektronegativitet?

Før vi går inn på emnet, er det viktig å avklare at alt materialet består av atomerAtomet er den elementære og udelelige enheten av materie i klassiske modeller, og består av en sentral kjerne som protoner og nøytroner er fordelt rundt, og elektroner i forskjellige energinivåer eller skall. elektroner som finnes i det ytterste skallet av elementet, kalt valenselektroner, de som bestemmer hvert materiales evne til å danne forbindelser.

Dette er hva som definerer elektronegativitet: et atoms tendens til å tiltrekke elektroner mot seg selv som det deler med et annet atom når en kjemisk binding dannes. Med andre ord måler elektronegativitet atomets evne til å binde seg gjennom bindinger med andre atomer og hvor sterkt det tiltrekker seg de delte elektronene.

Fra et praktisk synspunkt, elektronegativitet:

• den lar forutsi typen obligasjon (ionisk, polar kovalent eller upolar kovalent) som vil dannes mellom to atomer.
• Det hjelper å forstå polariteten til molekylene og hvordan den delvise elektriske ladningen er fordelt mellom dem.
• Det påvirker kjemisk reaktivitet av grunnstoffene og forbindelsene, og betinger hvor lett de tar opp eller mister elektroner i reaksjoner.

Denne prosessen er primært definert av virkningen av to størrelsesordener relatert til atomstrukturen:

• Atommasse: Det er den totale massen av protoner og nøytroner i et enkelt atom. En høyere atommasse er vanligvis assosiert med en større atomradius, som påvirker styrken som kjernen tiltrekker valenselektronene med.
• Valenselektroner: Dette er de negativt ladede partiklene som befinner seg i atomets ytterste skall, og som utgjør antallet partikler som er tilgjengelige for utveksling i dannelsen av forbindelser. Jo nærmere dette skallet er kjernen, og desto mer ladet er kjernen, Jo større elektronegativiteten er.

I tillegg til disse faktorene spiller også følgende en rolle: effektiv kjerneladning (den faktiske tiltrekningen som et valenselektron føler for kjernen, tatt i betraktning skjermingen av de indre elektronene) og atomradiusEn mindre radius og en større effektiv kjerneladning innebærer vanligvis en høyere elektronegativitet.

Utvikling av elektronegativitetstabellen

I sin søken etter en passende klassifisering av grunnstoffene utviklet mange forskere ideer om hva et passende system kunne være, gjennom hvilket grunnstoffene kunne nås på en ordnet måte, tatt i betraktning deres kjemiske og fysiske egenskaperDenne veien, med sine suksesser og fiaskoer, førte til den gradvise konstruksjonen av periodesystemet og senere til kvantifisering av elektronegativitet ved bruk av forskjellige skalaer.

Følgende forskere ga viktige bidrag som bidro til utviklingen av den nåværende tabellen over elektronegativiteter:

• Antoine Lavoisier: Klassifiseringen av grunnstoffene utført av denne forskeren ble gjort på en relativt vilkårligUten å ta hensyn til et veldefinert periodisitetskriterium, var klassifiseringen ikke særlig vellykket i å forutsi egenskaper. Den ga imidlertid et utgangspunkt for å differensiere enkle og sammensatte stoffer.
• Johann Doberiner: Denne forskeren er kjent for utviklingen av Dobereiners triaderHan utviklet en studie der han grupperte grunnstoffer i grupper på tre, og fant, ved å gjøre sammenligninger, at deres relative atommasser (som bestemmes ved hjelp av et massespektrometer) og visse verdier av deres fysiske egenskaper var relatert til hverandre. Derfor kunne de forutsies ved hjelp av matematiske tilnærminger. Den britiske kjemikeren John newlands Han arbeidet på grunnlaget utviklet av Dobereiner, og klarte dermed å ordne grunnstoffene i en tabell med grupperinger av grunnstoffer med økende relative atommasser; med denne grupperingen forsøkte briten å utvikle en tabell der en mønster av periodiske repetisjoner av elementenes fysiske egenskaper. Siden slike repetisjoner var gruppert rundt 8 elementer, ble de betegnet med navnet "Oktavloven".
• Lothar Mayer: Han er kjent for å utvide kunnskapen innen studiet av forholdet mellom fysiske og atomære egenskaper av komponentene. Han representerte grafisk atomvolum versus atommasse og observerte periodisiteten til egenskapene. Arbeidet hans var komplementært til, men uavhengig av, arbeidet utført av Mendeleev.
• Dmitri Mendeleev: Basert på postulatene til periodisk lovDenne vitenskapsmannen utviklet den mest nøyaktige klassifiseringen av grunnstoffer, som fortsatt er i bruk i dag (med modifikasjoner for å inkludere nyoppdagede grunnstoffer). Han klassifiserte grunnstoffene primært basert på egenskapene deres. atommasser og kjemiske egenskaperHan hadde fremsynet nok til å la bokser stå der ingen elementer passet inn, i forventning om at et uoppdaget element ville passe der. Kjente elementer som unnslapp rekkefølgeparametere ble notert separat. i stedet for å bli inkludert vilkårlig (feil begått av Lavoisier og Newlands). Senere, med utviklingen av kvanteteori og konseptene elektronaffinitet og ioniseringsenergier, ble det mulig å relatere posisjonen i tabellen til elektronegativitet.

Når det gjelder elektronegativitet i tabellen, er den generelle regelen:

• Elektronegativitet er en verdi som Den øker når man beveger seg fra venstre til høyre i samme periode, på grunn av økningen i den effektive atomlasten.
• elektronegativitet avtar når man går nedover innenfor samme gruppefordi atomradiusen øker og valenselektronene er plassert lenger fra kjernen.
• Elementene som finnes i øverst til høyre i tabellen (unntatt edelgasser) viser de høyeste elektronegativitetsverdiene, med fluor som det mest elektronegative elementet.

Elektronegativitet i periodesystemet

Elektronegativiteten til et element avhenger av flere faktorer, som for eksempel dets atomnummer, Its atomstørrelse eller radius og atomladningGenerelt sett har svært elektronegative elementer, som ikke-metallene som ligger mot høyre i periodesystemet, en tendens til å få elektroner lett, og danner anioner. I motsetning til dette har elementer med lav elektronegativitet, som de fleste metaller, en tendens til å gi fra seg elektroner og danner kationer.

Forskjeller i elektronegativitet påvirker betydelig kjemiske og fysiske egenskaper til forbindelserEt par viktige eksempler:

• Når forskjellen i elektronegativitet mellom to atomer er stor, finnes det en tendens til å danne ioniske bindinger, kjennetegnet ved nesten fullstendig overføring av elektroner fra ett atom til et annet.
• Når forskjellen er moderat eller liten, dannes de kovalente bindingerDer atomene deler elektroner; hvis forskjellen ikke er null, vil bindingen være polar kovalent og ladningsfordelingen vil være ulik.

Følgende kan observeres i periodesystemet generelle elektronegativitetstrender:

1. den ingen metaller Elementer har vanligvis høyere elektronegativitet enn metaller. For eksempel har fluor (F) den høyeste elektronegativiteten, mens elementer som cesium (Cs) eller francium (Fr) har svært lave verdier.
2. elektronegativitet øker over en periode (fra venstre til høyre), på grunn av økningen i kjerneladning som tiltrekker seg bindingselektronene sterkere.
3. elektronegativitet avtar etter hvert som du går nedover en gruppe (fra topp til bunn), fordi atomradiusen øker og valenselektronene er lenger fra kjernen, noe som svekker tiltrekningen.
4. den Edelgasser De viser generelt en veldig lav eller praktisk talt null elektronegativitet på Pauling-skalaen, siden de har et komplett valensskall og ikke har en tendens til å få eller miste elektroner.

Til referanse er noen omtrentlige elektronegativitetsverdier på Pauling-skalaen:

• Fluor (F): 3,98
• Oksygen (O): 3,44
• Nitrogen (N): 3,04
• Klor (Cl): 3,16
• Karbon (C): 2,55
• Hydrogen (H): 2,20
• Natrium (Na): 0,93
• Kalsium (Ca): 1,00
• Francio (Fr): 0,70

Disse verdiene hjelper til med å raskt forstå hvilke elementer som har en tendens til å tiltrekker seg elektroner mer (som fluor eller oksygen) og hvilke som gir dem fra seg lett (som natrium eller frankium).

Elektronegativitetsskalaer

De forskjellige elektronegativitetsverdiene bestemmer hvilken type binding som dannes; derfor var studiet av denne prosessen av interesse, og forskning ble utviklet forskjellige skalaer kvantitativ. Blant dem er de mest kjente Pauling-skalaen og Mulliken-skalaen.

Pauling skala: I følge Linus Paulings studier ble det fastslått at elektronegativitet er en relativ egenskap og variabelsiden det delvis avhenger av elementets oksidasjonstilstand og det kjemiske miljøet. Observasjonene hans gjorde det mulig å fastslå at hvis en forskjellen mellom elektronegativiteter Fra to atomer var det mulig å forutsi hvilken type binding som ville dannes, siden han etablerte en numerisk skala basert på bindingsenergier.

I Pauling-skalaen regnes fluor som det mest elektronegative elementet, med en verdi nær 3,98, og verdiene til andre elementer beregnes ut fra det. Generelle kriterier kan etableres ved hjelp av denne skalaen:

• Jonisk binding: elektronegativitetsforskjell større enn eller lik 1,7Denne bindingen oppstår vanligvis mellom metalliske elementer (lav elektronegativitet) og ikke-metalliske elementer (høy elektronegativitet).
• Polar kovalent binding: når forskjellen er innenfor intervallet av omtrent 0,4 til 1,7I dette tilfellet deles elektronene, men de forskyver seg mer mot det mer elektronegative atomet, noe som genererer elektriske dipoler delvise toner.
• Ikke-polar kovalent binding: for forskjeller lik eller mindre enn 0,4Elektroner deles nesten likt, uten å generere betydelige delladninger.

Disse områdene er omtrentlige, men de er svært nyttige for forutsi lenkeatferd og polariteten til molekylene.

Mulliken skala: Den er basert på Elektronisk tilhørighet av elementene, som definerer deres tendens til å få en negativ ladning og derfor deres evne til å akseptere elektroner, og i ioniseringspotensialersom bestemmer elementets predisposisjon for å ta en positiv ladning (positivt ladede elementer er de som avgir elektroner fra sitt ytterste skall). På Mulliken-skalaen beregnes elektronegativitet som gjennomsnitt av ioniseringsenergi og elektronaffinitet av et grunnstoff. Denne skalaen fungerer med gjennomsnittsverdier uttrykt i energienheter, og kan senere konverteres til en skala som er sammenlignbar med Paulings.

Selv om andre skalaer finnes (som Allred-Rochow-skalaen, basert på den elektrostatiske kraften på valenselektroner), er Paulings skala fortsatt den mest aksepterte. mest brukt i undervisning og periodiske tabeller for sin enkelhet og letthet i å tolke trender.

Praktiske eksempler på elektronegativitet og dens betydning

For å bedre forstå nytten av elektronegativitet, er det nyttig å se på noen konkrete eksempler på elementer og hvordan denne verdien betinger egenskapene:

• Hydrogen (H): Den har en elektronegativitet på omtrent 2,2 på Paulings skala. Det er letteste element i periodesystemet og kan oppføre seg på samme måte som alkalimetaller (gi fra seg sitt enkle elektron) eller halogener (dele eller ta opp et elektron), avhengig av bindingskonteksten.
• Karbon (C): med en elektronegativitet på rundt 2,55, danner den en rekke kovalente bindinger og er grunnlaget for organisk kjemiDens mellomverdi lar den dele elektroner på en relativt balansert måte med mange elementer, og genererer svært forskjellige strukturer.
• Nitrogen (N): Den har en elektronegativitet på omtrent 3,04 og tilhører gruppen av ingen metallerDen har en tendens til å tilegne seg elektroner eller dele dem sterkt, noe som forklarer den store stabiliteten til molekyler som molekylært nitrogen (N₂).₂).
• Oksygen (O): Med en elektronegativitet på 3,44 tiltrekker den seg sterkt delte elektroner. Dette forklarer vannets polaritet (H₂O), hvor oksygenet får en delvis negativ ladning og hydrogenet en delvis positiv ladning.
• Edelgasser (for eksempel neon, Ne): ved å eie fulle valensskallDe viser ekstremt lav elektronegativitet på Pauling-skalaen, til det punktet at de i mange tilfeller anses som praktisk talt null, fordi de knapt danner kjemiske bindinger.

Å forstå elektronegativitet og trender i periodesystemet lar kjemistudenter og fagfolk visualisere tabellen som en sann «oppskriftsbok»Fra et elements posisjon kan man utlede hvordan det vil oppføre seg mot andre, hvilken type binding det vil danne, og hvordan fordelingen av ladninger vil være i de resulterende molekylene.

På denne måten blir elektronegativitet et viktig verktøy for å forstå molekylstruktur, reaktivitet og bindingenes natur som dannes mellom atomer, både i uorganiske og organiske og biokjemiske systemer.

Å forstå hva elektronegativitet er, hvordan den varierer i periodesystemet, og hvordan den forholder seg til de ulike skalaene som foreslås av moderne kjemi, gir en bedre tolkning av hverdagslige kjemiske reaksjoner, fra dannelsen av salter og oksider til oppførselen til vann, syrer, baser og organiske molekyler som finnes i levende organismer og teknologiske materialer.