Elektronegativitātes tabulas skaidrojums: koncepcija, vēsture un galvenās skalas

Viens no lielākajiem zinātnes sasniegumiem bija ķīmisko elementu klasifikācija un organizācijaMateriālu īpašību izpēte aizsākās alķīmiķu laikos; šīs jomas zinātnieki vienmēr ir paturējuši prātā, cik svarīgi ir izveidot klasifikācijas sistēmu, kas ļautu kārtīgi apstrādāt katrā laikmetā zināmos elementus.

No turienes, pēc daudziem mēģinājumiem, labi zināmais elektronegativitātes tabulaTas ir cieši saistīts ar Mendeļejeva periodisko tabulu, kas ir visefektīvākā klasifikācijas un organizācijas sistēma, kas mums līdz šim ir. Tajā elementi ir sakārtoti atbilstoši to atrašanās vietai. periodiskas īpašības Starp tiem izceļas elektronegativitāte, kas ir tā ārējā apvalka elektronu spējas mērs apvienoties ar citiem atomiem, bet par to mēs sīkāk runāsim vēlāk.

Kas ir elektronegativitāte?

Pirms iedziļināties tēmā, ir svarīgi precizēt, ka viss materiāls sastāv no atomiAtoms ir nedalāma matērijas vienība klasiskajos modeļos, un tas sastāv no centrālā kodola, ap kuru ir izvietoti protoni un neitroni, un elektroniem dažādos enerģijas līmeņos jeb apvalkos. elektroni, kas atrodas ārējā apvalkā elementa, ko sauc par valences elektroni, tie, kas nosaka katra materiāla spēju veidot savienojumus.

Lūk, kas nosaka elektronegativitāti: atoma tieksme piesaistīt elektronus sev ko tas dala ar citu atomu, veidojoties ķīmiskajai saitei. Citiem vārdiem sakot, elektronegativitāte mēra atoma spēju apvienoties, izmantojot saites, ar citiem atomiem, un cik spēcīgi tas pievelk kopīgos elektronus.

No praktiskā viedokļa elektronegativitāte:

• Tas ļauj paredzēt obligācijas veidu (jonisks, polārs kovalents vai nepolārs kovalents), kas veidosies starp diviem atomiem.
• Tas palīdz saprast, molekulu polaritāte un kā daļējais elektriskais lādiņš tiek sadalīts starp tiem.
• Tas ietekmē ķīmiskā reaktivitāte elementu un savienojumu, nosakot, cik viegli tie reakcijās iegūst vai zaudē elektronus.

Šo procesu galvenokārt nosaka divu ar atomu struktūru saistītu lielumu darbība:

• Atomu masa: Tā ir protonu un neitronu kopējā masa vienā atomā. Lielāka atoma masa parasti ir saistīta ar lielāks atomu rādiuss, kas ietekmē spēku, ar kādu kodols pievelk valences elektronus.
• Valences elektroni: Tās ir negatīvi lādētas daļiņas, kas atrodas atoma ārējā apvalkā un veido daļiņu skaitu, kas ir pieejamas apmaiņai savienojumu veidošanās laikā. Jo tuvāk šis apvalks atrodas kodolam, jo ​​vairāk lādēts ir kodols. Jo lielāka elektronegativitāte.

Papildus šiem faktoriem lomu spēlē arī šādi faktori: efektīvs kodollādiņš (faktiskais pievilkšanās spēks, ko valences elektrons jūt pret kodolu, ņemot vērā iekšējo elektronu ekranēšanu) un atomu radioMazāks rādiuss un lielāks efektīvais kodola lādiņš parasti nozīmē lielāku elektronegativitāti.

Elektronegativitātes tabulas izstrāde

Meklējot piemērotu elementu klasifikāciju, daudzi zinātnieki izstrādāja idejas par to, kāda varētu būt piemērota sistēma, ar kuras palīdzību varētu piekļūt elementiem sakārtotā veidā, ņemot vērā to atrašanās vietu. ķīmiskās un fizikālās īpašībasŠis ceļš ar saviem panākumiem un neveiksmēm noveda pie pakāpeniskas periodiskās tabulas izveides un vēlāk pie elektronegativitātes kvantitatīva noteikšana izmantojot dažādas skalas.

Šādi zinātnieki sniedza nozīmīgu ieguldījumu, kas veicināja pašreizējās elektronegativitātes tabulas izstrādi:

• Antuāns Lavoizjē: Šī zinātnieka veiktā elementu klasifikācija tika veikta relatīvi patvaļīgsNeņemot vērā precīzi definētu periodiskuma kritēriju, tā klasifikācija nebija īpaši veiksmīga īpašību prognozēšanā. Tomēr tā nodrošināja sākumpunktu diferenciācijai. vienkāršas un saliktas vielas.
• Johans Dobereiner: Šis zinātnieks ir pazīstams ar tā izstrādi. Dobereinera triādesViņš izstrādāja pētījumu, kurā elementus sagrupēja trīs grupās, veicot salīdzinājumus, konstatējot, ka to relatīvās atomu masas (kuras nosaka, izmantojot masas spektrometru) un noteiktas to fizikālo īpašību vērtības bija savstarpēji saistītas. Tāpēc tās varēja paredzēt, izmantojot matemātiskas aproksimācijas. Britu ķīmiķis Džons Ņūlands Viņš strādāja pēc Dobereinera izstrādātās metodes un tādējādi spēja sakārtot elementus tabulā, grupējot elementus ar pieaugošu relatīvo atomu masu; ar šo grupēšanu brits centās izveidot tabulu, kurā a periodisku atkārtojumu modelis elementu fizikālo īpašību. Tā kā šādi atkārtojumi tika grupēti ap 8 elementiem, tie tika apzīmēti ar nosaukumu "Oktāvu likums".
• Lotārs Meijers: Viņš ir pazīstams ar savu zināšanu paplašināšanu studiju jomā. saistība starp fizikālajām un atomu īpašībām komponentu. Viņš grafiski attēloja atoma tilpuma atkarību no atoma masas un novēroja īpašību periodiskumu. Viņa darbs papildināja Mendeļejeva darbu, tomēr bija no tā neatkarīgs.
• Dmitrijs Mendeļejevs: Pamatojoties uz periodisks likumsŠis zinātnieks izstrādāja visprecīzāko elementu klasifikāciju, kas joprojām tiek izmantota mūsdienās (ar modifikācijām, lai iekļautu jaunatklātus elementus). Viņš klasificēja elementus, galvenokārt pamatojoties uz to īpašībām. Atomu masas un ķīmiskās īpašībasViņam piemita tālredzība atstāt lodziņus, kuros neiederējās neviens elements, paredzot, ka tur iederēsies kāds neatklāts elements. Zināmie elementi, kas neizturēja sakārtošanas parametrus, tika atzīmēti atsevišķi. nevis patvaļīgi iekļauts (Lavuazjē un Ņūlenda pieļautā kļūda). Vēlāk, attīstoties kvantu teorijai un elektronu afinitātes un jonizācijas enerģiju koncepcijām, kļuva iespējams saistīt pozīciju tabulā ar elektronegativitāte.

Attiecībā uz elektronegativitāti tabulā vispārīgais noteikums ir šāds:

• Elektronegativitāte ir vērtība, kas Tas palielinās, pārvietojoties no kreisās uz labo pusi tajā pašā laika posmā, pateicoties efektīvās kodolslodzes pieaugumam.
• elektronegativitāte samazinās, lejupejot vienas grupas ietvarosjo palielinās atoma rādiuss un valences elektroni atrodas tālāk no kodola.
• Elementi, kas atrodami tabulas augšējā labajā stūrī (izņemot cēlgāzes) uzrāda visaugstākās elektronegativitātes vērtības, fluoram esot viselektronegatīvākajam elementam.

Elektronegativitāte periodiskajā tabulā

Elementa elektronegativitāte ir atkarīga no vairākiem faktoriem, piemēram, atomu skaitlis, Par atoma izmērs vai rādiuss un kodollādiņšKopumā ļoti elektronegatīvi elementi, piemēram, nemetāli, kas atrodas periodiskās tabulas labajā pusē, mēdz iegūt elektronus viegli, veidojot anjonus. Turpretī elementi ar zemu elektronegativitāti, piemēram, lielākā daļa metālu, mēdz atdot elektronus un veido katjonus.

Elektronegativitātes atšķirības būtiski ietekmē savienojumu ķīmiskās un fizikālās īpašībasPāris svarīgu piemēru:

• Ja divu atomu elektronegativitātes atšķirība ir liela, pastāv tendence veidoties jonu saites, kam raksturīga gandrīz pilnīga elektronu pārnešana no viena atoma uz otru.
• Ja atšķirība ir vidēja vai maza, tie veidojas kovalentās saitesKurā atomi dala elektronus; ja starpība nav nulle, saite būs polāri kovalenta un lādiņu sadalījums būs nevienmērīgs.

Periodiskajā tabulā var novērot sekojošo vispārējās elektronegativitātes tendences:

1. L nemetāli Elementiem parasti ir augstāka elektronegativitāte nekā metāliem. Piemēram, fluoram (F) ir visaugstākā elektronegativitāte, savukārt tādiem elementiem kā cēzijs (Cs) vai francijs (Fr) ir ļoti zemas vērtības.
2. elektronegativitāte palielinās laika gaitā (no kreisās uz labo) kodola lādiņa palielināšanās dēļ, kas spēcīgāk pievelk saistošos elektronus.
3. elektronegativitāte samazinās, virzoties uz leju pa grupu (no augšas uz leju), jo atoma rādiuss palielinās un valences elektroni atrodas tālāk no kodola, vājinot pievilkšanos.
4. L cēlgāzes Tiem parasti ir ļoti zema vai praktiski nulle elektronegativitāte Paulinga skalā, jo tiem ir pilnīgs valences apvalks un tie parasti neiegūst vai nezaudē elektronus.

Atsauces nolūkā dažas aptuvenās elektronegativitātes vērtības Paulinga skalā ir:

• Fluors (F): 3,98
• Skābeklis (O): 3,44
• Slāpeklis (N): 3,04
• Hlors (Cl): 3,16
• Ogleklis (C): 2,55
• Ūdeņradis (H): 2,20
• Nātrijs (Na): 0,93
• Kalcijs (Ca): 1,00
• Francio (Fr): 0,70

Šīs vērtības palīdz ātri saprast, kuri elementi mēdz piesaistīt vairāk elektronus (piemēram, fluors vai skābeklis) un kuras tās viegli atdod (piemēram, nātrijs vai francijs).

Elektronegativitātes skalas

Dažādās elektronegativitātes vērtības nosaka izveidotās saites veidu; tāpēc šī procesa izpēte bija interesanta, un tika izstrādāti pētījumi. dažādi mērogi kvantitatīva. Starp tām vispazīstamākās ir Paulinga skala un Mullikena skala.

Paulinga skala: Saskaņā ar Linusa Paulinga pētījumiem tika noteikts, ka elektronegativitāte ir relatīvā īpašība un mainīgaisjo tas daļēji ir atkarīgs no elementa oksidācijas pakāpes un ķīmiskās vides. Viņa novērojumi ļāva noteikt, ka, ja a atšķirība starp elektronegativitātēm No diviem atomiem bija iespējams paredzēt veidojamās saites veidu, jo viņš izveidoja skaitlisku skalu, kuras pamatā bija saites enerģija.

Paulinga skalā fluors tiek uzskatīts par viselektronegatīvāko elementu ar vērtību tuvu 3,98, un no tā tiek aprēķinātas citu elementu vērtības. Vispārīgus kritērijus var noteikt, izmantojot šo skalu:

• Jonu saite: elektronegativitātes starpība lielāks vai vienāds ar 1,7Šī saite parasti rodas starp metāliskiem elementiem (zema elektronegativitāte) un nemetāliskiem elementiem (augsta elektronegativitāte).
• polārā kovalentā saite: kad starpība ir intervālā no aptuveni no 0,4 līdz 1,7Šajā gadījumā elektroni ir kopīgi, bet tie vairāk pārvietojas elektronegatīvākā atoma virzienā, radot elektriskie dipoli daļēji.
• Nepolāra kovalentā saite: atšķirībām vienāds ar vai mazāks par 0,4Elektroni tiek sadalīti gandrīz vienādi, neradot būtiskus daļējus lādiņus.

Šie diapazoni ir aptuveni, taču tie ir ļoti noderīgi paredzēt saites darbību un molekulu polaritāti.

Mullikena skala: Tās pamatā ir elektronu afinitāte elementu, kas nosaka to tieksmi iegūt negatīvu lādiņu un līdz ar to spēju pieņemt elektronus, un jonizācijas potenciālikas nosaka elementa noslieci uzņemt pozitīvu lādiņu (pozitīvi lādēti elementi ir tie, kas atdod elektronus no sava ārējā elektronu apvalka). Malikena skalā elektronegativitāte tiek aprēķināta kā jonizācijas enerģijas un elektronu afinitātes vidējā vērtība elementa. Šī skala darbojas ar vidējām vērtībām, kas izteiktas enerģijas vienībās, un vēlāk to var pārveidot par skalu, kas ir salīdzināma ar Paulinga skalu.

Lai gan pastāv arī citas skalas (piemēram, Allreda-Rohova skala, kas balstīta uz elektrostatisko spēku, kas iedarbojas uz valences elektroniem), Paulinga skala joprojām ir visplašāk pieņemtā. visvairāk izmanto mācībās un periodiskajās tabulās tās vienkāršības un tendenču interpretācijas viegluma dēļ.

Elektronegativitātes praktiski piemēri un tās nozīme

Lai labāk izprastu elektronegativitātes lietderību, ir lietderīgi aplūkot dažus konkrēti elementu piemēri un kā šī vērtība nosaka tā īpašības:

• Ūdeņradis (H): Tā elektronegativitāte ir aptuveni 2,2 pēc Paulinga skalas. Tas ir vieglākais elements periodiskās tabulas elements un var uzvesties līdzīgi sārmu metāliem (atdodot savu vienīgo elektronu) vai halogēniem (daloties vai iegūstot elektronu) atkarībā no saites konteksta.
• Ogleklis (C): ar elektronegativitāti aptuveni 2,55, tas veido daudzas kovalentās saites un ir pamats organiskā ķīmijaTā starpposma vērtība ļauj tai relatīvi līdzsvaroti dalīties elektronos ar daudziem elementiem, radot ļoti dažādas struktūras.
• Slāpeklis (N): Tā elektronegativitāte ir aptuveni 3,04, un tas pieder pie grupas nemetāliTam ir tendence iegūt elektronus vai spēcīgi tos koplietot, kas izskaidro tādu molekulu kā molekulārā slāpekļa (N₂) lielo stabilitāti.₂).
• Skābeklis (O): Ar elektronegativitāti 3,44 tas spēcīgi pievelk koplietotus elektronus. Tas izskaidro ūdens polaritāte (H₂O), kur skābeklis iegūst daļēju negatīvu lādiņu, bet ūdeņraži – daļēji pozitīvu lādiņu.
• Cēlgāzes (piemēram, neons, Ne): ar piederību pilnas valences čaulasTiem ir ārkārtīgi zema elektronegativitāte Paulinga skalā, daudzos gadījumos tos var uzskatīt par praktiski nulli, jo tie tik tikko veido ķīmiskās saites.

Izpratne par elektronegativitāti un tendencēm periodiskajā tabulā ļauj ķīmijas studentiem un profesionāļiem vizualizēt tabulu kā patiesu "recepšu grāmata"No elementa pozīcijas var secināt, kā tas uzvedīsies pret citiem, kāda veida saiti tas veidos un kāds būs lādiņu sadalījums iegūtajās molekulās.

Tādā veidā elektronegativitāte kļūst par būtisku instrumentu izprast molekulāro struktūru, reaktivitāti un saišu raksturu kas veidojas starp atomiem gan neorganiskās, gan organiskās un bioķīmiskās sistēmās.

Izpratne par elektronegativitāti, tās izmaiņām periodiskajā tabulā un tās saistību ar dažādajām mūsdienu ķīmijas piedāvātajām skalām ļauj labāk interpretēt ikdienas ķīmiskās reakcijas, sākot ar sāļu un oksīdu veidošanos līdz ūdens, skābju, bāzu un organisko molekulu uzvedībai dzīvajos organismos un tehnoloģiskajos materiālos.