Objašnjenje tablice elektronegativnosti: koncept, povijest i glavne skale

Jedno od velikih znanstvenih dostignuća bio je klasifikacija i organizacija kemijskih elemenataProučavanje svojstava materije datira još iz vremena alkemičara; znanstvenici u ovom području uvijek su imali na umu važnost uspostavljanja klasifikacijskog sustava koji je omogućavao uredno rukovanje elementima poznatim u svakom dobu.

Odatle, nakon mnogih pokušaja, dobro poznati tablica elektronegativnostiUsko je povezan s Mendelejevljevim periodnim sustavom elemenata, koji je do danas najučinkovitiji sustav klasifikacije i organizacije. U njemu su elementi poredani prema svom periodična svojstva Među njima se ističe elektronegativnost, koja je mjera sposobnosti elektrona u njegovoj najudaljenijoj ljusci da se kombiniraju s drugim atomima, ali o tome ćemo detaljnije govoriti kasnije.

Što je elektronegativnost?

Prije nego što se udubimo u temu, važno je razjasniti da je sav materijal sastavljen od atomaAtom je elementarna i nedjeljiva jedinica materije u klasičnim modelima, a sastoji se od središnje jezgre oko koje su raspoređeni protoni i neutroni, te elektrona u različitim energetskim razinama ili ljuskama. elektroni prisutni u najudaljenijoj ljusci elementa, nazvanog valentni elektroni, one koje određuju sposobnost svakog materijala da tvori spojeve.

Evo što definira elektronegativnost: tendencija atoma da privlači elektrone prema sebi koju dijeli s drugim atomom kada se formira kemijska veza. Drugim riječima, elektronegativnost mjeri sposobnost atoma da se spaja putem veza s drugim atomima i koliko snažno privlači zajedničke elektrone.

S praktičnog gledišta, elektronegativnost:

• to omogućuje predvidjeti vrstu veze (ionski, polarni kovalentni ili nepolarni kovalentni) koji će se formirati između dva atoma.
• Pomaže razumjeti polarnost molekula i kako je parcijalni električni naboj raspoređen među njima.
• Utječe na kemijska reaktivnost elemenata i spojeva, uvjetujući koliko lako dobivaju ili gube elektrone u reakcijama.

Ovaj proces je prvenstveno definiran djelovanjem dviju veličina povezanih s atomskom strukturom:

• Atomska masa: To je ukupna masa protona i neutrona u jednom atomu. Veća atomska masa obično se povezuje s veći atomski radijus, što utječe na snagu kojom jezgra privlači valentne elektrone.
• Valentni elektroni: To su negativno nabijene čestice smještene u najudaljenijoj ljusci atoma, koje čine broj čestica dostupnih za izmjenu pri stvaranju spojeva. Što je ova ljuska bliža jezgri, to je jezgra nabijenija, Što je veća elektronegativnost.

Uz ove faktore, ulogu igraju i sljedeći: efektivni nuklearni naboj (stvarna privlačnost koju valentni elektron osjeća prema jezgri, uzimajući u obzir zaštitu unutarnjih elektrona) i atomski radioManji radijus i veći efektivni naboj jezgre obično podrazumijevaju veću elektronegativnost.

Razvoj tablice elektronegativnosti

U potrazi za prikladnom klasifikacijom elemenata, mnogi znanstvenici razvili su ideje o tome kakav bi mogao biti prikladan sustav putem kojeg bi se elementima moglo pristupiti na uredan način, uzimajući u obzir njihovu kemijska i fizikalna svojstvaTaj put, sa svojim uspjesima i neuspjesima, doveo je do postupne konstrukcije periodnog sustava elemenata, a kasnije i do kvantifikacija elektronegativnosti korištenjem različitih skala.

Sljedeći su znanstvenici dali važan doprinos razvoju trenutne tablice elektronegativnosti:

• Antoine Lavoisier: Klasifikacija elemenata koju je proveo ovaj znanstvenik učinjena je relativno proizvoljnoBez razmatranja dobro definiranog kriterija periodičnosti, njegova klasifikacija nije bila vrlo uspješna u predviđanju svojstava. Međutim, pružila je početnu točku za diferencijaciju jednostavne i složene tvari.
• Johann Doberiner: Ovaj znanstvenik je poznat po razvoju Dobereinerove trijadeRazvio je studiju u kojoj je grupirao elemente u skupine od tri, otkrivši, usporedbama, da su njihove relativne atomske mase (koji se određuju pomoću masenog spektrometra) i određene vrijednosti njihovih fizičkih svojstava bile su međusobno povezane. Stoga su se mogle predvidjeti matematičkim aproksimacijama. Britanski kemičar John newlands Radio je na osnovi koju je razvio Dobereiner i tako je uspio poredati elemente u tablicu s grupacijama elemenata rastućih relativnih atomskih masa; s ovim grupiranjem, Britanac je nastojao razviti tablicu u kojoj bi... uzorak periodičnih ponavljanja fizičkih svojstava elemenata. Budući da su takva ponavljanja bila grupirana oko 8 elemenata, označena su imenom "Zakon oktave".
• Lothar Mayer: Poznat je po širenju znanja u području proučavanja odnos između fizičkih i atomskih svojstava komponenti. Grafički je prikazao atomski volumen u odnosu na atomsku masu i promatrao periodičnost svojstava. Njegov rad bio je komplementaran, ali neovisan o radu Mendeljejeva.
• Dmitrij Mendelejev: Na temelju postulata periodični zakonOvaj znanstvenik razvio je najtočniju klasifikaciju elemenata, koja se i danas koristi (s modifikacijama koje uključuju novootkrivene elemente). Elemente je klasificirao prvenstveno na temelju njihovih svojstava. atomske mase i kemijska svojstvaImao je predviđanje da ostavi kutije tamo gdje nijedan element nije odgovarao, predviđajući da će tamo stati neotkriveni element. Poznati elementi koji su izbjegli parametre poredanja bili su zasebno označeni. umjesto da budu proizvoljno uključeni (pogreška Lavoisiera i Newlandsa). Kasnije, s napretkom kvantne teorije i koncepata afiniteta elektrona i energija ionizacije, postalo je moguće povezati položaj u tablici s elektronegativnost.

Što se tiče elektronegativnosti unutar tablice, opće pravilo je:

• Elektronegativnost je vrijednost koja Povećava se pri kretanju s lijeva na desno u istom razdoblju, zbog povećanja efektivnog nuklearnog opterećenja.
• elektronegativnost smanjuje se pri silasku unutar iste grupejer se atomski radijus povećava, a valentni elektroni se nalaze dalje od jezgre.
• Elementi koji se nalaze u gore desno u tablici (isključujući plemenite plinove) pokazuju najviše vrijednosti elektronegativnosti, pri čemu je fluor najelektronegativniji element.

Elektronegativnost u periodnom sustavu elemenata

Elektronegativnost elementa ovisi o nekoliko čimbenika, kao što su atomski broj, su atomska veličina ili radijus i nuklearni nabojOpćenito, visoko elektronegativni elementi, poput nemetala smještenih prema desnoj strani periodnog sustava, imaju tendenciju dobiti elektrone lako, tvoreći anione. Nasuprot tome, elementi s niskom elektronegativnošću, poput većine metala, skloni su odustati od elektrona i tvore katione.

Razlike u elektronegativnosti značajno utječu na kemijska i fizikalna svojstva spojevaPar važnih primjera:

• Kada je razlika u elektronegativnosti između dva atoma velika, postoji tendencija stvaranja ionske veze, karakteriziran gotovo potpunim prijenosom elektrona s jednog atoma na drugi.
• Kada je razlika umjerena ili mala, oni formiraju kovalentne vezeU kojem atomi dijele elektrone; ako razlika nije nula, veza će biti polarna kovalentna, a raspodjela naboja nejednaka.

U periodnom sustavu elemenata može se uočiti sljedeće opći trendovi elektronegativnosti:

1. The nemetali Elementi obično imaju veće elektronegativnosti od metala. Na primjer, fluor (F) ima najveću elektronegativnost, dok elementi poput cezija (Cs) ili francija (Fr) imaju vrlo niske vrijednosti.
2. elektronegativnost povećava se tijekom određenog razdoblja (s lijeva na desno), zbog povećanja nuklearnog naboja koji jače privlači vezne elektrone.
3. elektronegativnost smanjuje se kako se spuštate u nižu grupu (od vrha prema dnu), jer se atomski radijus povećava, a valentni elektroni su dalje od jezgre, što slabi privlačnost.
4. The Plemeniti plinovi Općenito pokazuju vrlo nisku ili praktički nultu elektronegativnost na Paulingovoj skali, budući da posjeduju potpunu valentnu ljusku i ne teže primanju ili gubitku elektrona.

Za referencu, neke približne vrijednosti elektronegativnosti na Paulingovoj skali su:

• Fluor (F): 3,98
• Kisik (O): 3,44
• Dušik (N): 3,04
• Klor (Cl): 3,16
• Ugljik (C): 2,55
• Vodik (H): 2,20
• Natrij (Na): 0,93
• Kalcij (Ca): 1,00
• Franco (Fr): 0,70

Ove vrijednosti pomažu u brzom razumijevanju koji elementi imaju tendenciju više privlače elektrone (kao što su fluor ili kisik) i koji ih lako otpuštaju (kao što su natrij ili francij).

Vage elektronegativnosti

Različite vrijednosti elektronegativnosti određuju vrstu formirane veze; stoga je proučavanje ovog procesa bilo zanimljivo i razvijena su istraživanja. različite skale kvantitativne. Među njima su najpoznatije Paulingova skala i Mullikenova skala.

Pauling skala: Prema istraživanjima Linusa Paulinga, utvrđeno je da je elektronegativnost relativno svojstvo i varijablabudući da dijelom ovisi o oksidacijskom stanju elementa i kemijskom okruženju. Njegova su opažanja omogućila da se utvrdi da, ako razlika između elektronegativnosti Iz dva atoma bilo je moguće predvidjeti vrstu veze koja će se formirati, budući da je uspostavio numeričku skalu temeljenu na energijama veza.

U Paulingovoj skali, fluor se uzima kao najelektronegativniji element, s vrijednošću blizu 3,98, a vrijednosti ostalih elemenata izračunavaju se iz njega. Opći kriteriji mogu se utvrditi pomoću ove skale:

• Jonska veza: razlika elektronegativnosti veći ili jednak 1,7Ova veza se obično javlja između metalnih elemenata (niska elektronegativnost) i nemetalnih elemenata (visoka elektronegativnost).
• Polarna kovalentna veza: kada je razlika unutar intervala od otprilike 0,4 do 1,7U ovom slučaju, elektroni su zajednički, ali se više pomiču prema elektronegativnijem atomu, stvarajući električni dipoli djelomični.
• Nepolarna kovalentna veza: za razlike jednako ili manje od 0,4Elektroni se dijele gotovo podjednako, bez stvaranja značajnih parcijalnih naboja.

Ovi rasponi su približni, ali su vrlo korisni za predvidjeti ponašanje veze i polarnost molekula.

Mullikenova ljestvica: Temelji se na Elektronski afinitet elemenata, što definira njihovu sklonost stjecanju negativnog naboja i stoga njihovu sposobnost prihvaćanja elektrona, te u ionizacijski potencijalikoji određuju predispoziciju elementa da preuzme pozitivni naboj (pozitivno nabijeni elementi su oni koji doniraju elektrone sa svoje najudaljenije ljuske). Na Mullikenovoj skali, elektronegativnost se izračunava kao prosjek energije ionizacije i afiniteta za elektron elementa. Ova skala radi s prosječnim vrijednostima izraženim u energetskim jedinicama, a kasnije se može pretvoriti u skalu usporedivu s Paulingovom.

Iako postoje i druge skale (poput Allred-Rochowove skale, temeljene na elektrostatičkoj sili na valentnim elektronima), Paulingova skala ostaje najšire prihvaćena. najčešće korištene u nastavi i periodnim sustavima zbog svoje jednostavnosti i lakoće tumačenja trendova.

Praktični primjeri elektronegativnosti i njezine važnosti

Kako bismo bolje razumjeli korisnost elektronegativnosti, korisno je pogledati neke konkretni primjeri elemenata i kako ta vrijednost uvjetuje njegova svojstva:

• Vodik (H): Ima elektronegativnost od približno 2,2 na Paulingovoj skali. To je najlakši element periodnog sustava i mogu se ponašati slično alkalijskim metalima (predajući svoj jedini elektron) ili halogenima (dijeleći ili primajući elektron), ovisno o kontekstu veze.
• Ugljik (C): S elektronegativnošću oko 2,55, tvori brojne kovalentne veze i osnova je organska kemijaNjegova srednja vrijednost omogućuje mu relativno uravnoteženo dijeljenje elektrona s mnogim elementima, stvarajući vrlo raznolike strukture.
• Dušik (N): Ima elektronegativnost od oko 3,04 i pripada skupini nemetaliSklon je primanju elektrona ili njihovom snažnom dijeljenju, što objašnjava veliku stabilnost molekula poput molekularnog dušika (N₂).₂).
• Kisik (O): S elektronegativnošću od 3,44, snažno privlači zajedničke elektrone. To objašnjava polarnost vode (H₂O), gdje kisik dobiva djelomično negativni naboj, a vodik djelomično pozitivni naboj.
• Plemeniti plinovi (na primjer, neon, Ne): posjedovanjem pune valentne ljuskePokazuju izuzetno nisku elektronegativnost na Paulingovoj skali, do te mjere da se u mnogim slučajevima smatra praktički nulom, jer jedva tvore kemijske veze.

Razumijevanje elektronegativnosti i trendova u periodnom sustavu elemenata omogućuje studentima kemije i stručnjacima da vizualiziraju sustav kao stvarni... "Knjiga recepata"Iz položaja elementa može se zaključiti kako će se ponašati prema drugima, kakvu će vrstu veze formirati i kakva će biti raspodjela naboja unutar rezultirajućih molekula.

Na taj način, elektronegativnost postaje bitan alat za razumjeti molekularnu strukturu, reaktivnost i prirodu veza koji se formiraju između atoma, kako u anorganskim tako i u organskim i biokemijskim sustavima.

Razumijevanje što je elektronegativnost, kako se mijenja u periodnom sustavu elemenata i kako se odnosi na različite skale koje predlaže moderna kemija omogućuje bolje tumačenje svakodnevne kemijske reakcije, od stvaranja soli i oksida do ponašanja vode, kiselina, baza i organskih molekula prisutnih u živim organizmima i tehnološkim materijalima.