Обяснение на таблицата за електроотрицателност: концепция, история и основни скали

Едно от големите научни постижения беше класификация и организация на химичните елементиИзучаването на свойствата на материята датира от времето на алхимиците; учените в тази област винаги са имали предвид важността на създаването на система за класификация, която да позволява организирано боравене с елементите, известни във всяка епоха.

Оттам, след много опити, добре познатият таблица на електроотрицателносттаТя е тясно свързана с периодичната таблица на Менделеев, която е най-ефективната система за класификация и организация, с която разполагаме до момента. В нея елементите са подредени според техния периодични свойства Сред тях се откроява електроотрицателността, която е мярка за способността на електроните в най-външната му обвивка да се свързват с други атоми, но за това ще говорим по-подробно по-късно.

Какво е електроотрицателност?

Преди да се задълбочим в темата, е важно да уточним, че целият материал е съставен от атомиАтомът е елементарната и неделима единица на материята в класическите модели и се състои от централно ядро, около което са разпределени протони и неутрони, и електрони на различни енергийни нива или обвивки. електрони, присъстващи в най-външната обвивка на елемента, наречен валентни електрони, тези, които определят способността на всеки материал да образува съединения.

Ето какво определя електроотрицателността: склонността на атома да привлича електрони към себе си че той споделя с друг атом, когато се образува химическа връзка. С други думи, електроотрицателността измерва способността на атома да се свързва чрез връзки с други атоми и колко силно привлича споделените електрони.

От практическа гледна точка, електроотрицателността:

• Тя позволява на предскажете вида на облигацията (йонни, полярни ковалентни или неполяни ковалентни), които ще се образуват между два атома.
• Помага да се разбере полярност на молекулите и как частичният електрически заряд се разпределя между тях.
• Влияе на химическа реактивност на елементите и съединенията, обуславяйки колко лесно те получават или губят електрони в реакции.

Този процес се определя главно от действието на две величини, свързани с атомната структура:

• Атомна маса: Това е общата маса на протоните и неутроните в един атом. По-високата атомна маса обикновено се свързва с по-голям атомен радиус, което влияе върху силата, с която ядрото привлича валентните електрони.
• Валентни електрони: Това са отрицателно заредените частици, разположени в най-външната обвивка на атома, които съставляват броя на частиците, достъпни за обмен при образуването на съединения. Колкото по-близо е тази обвивка до ядрото и толкова по-заредено е ядрото, Колкото по-голяма е електроотрицателността.

В допълнение към тези фактори, следните също играят роля: ефективен ядрен заряд (действителното привличане, което валентният електрон усеща към ядрото, като се вземе предвид екранирането на вътрешните електрони) и атомно радиоПо-малкият радиус и по-големият ефективен ядрен заряд обикновено предполагат по-висока електроотрицателност.

Разработване на таблицата за електроотрицателност

В търсене на подходяща класификация на елементите, много учени разработиха идеи за това каква би могла да бъде подходяща система, чрез която елементите да могат да бъдат достъпни по организиран начин, като се вземат предвид техните... химични и физични свойстваТози път, със своите успехи и неуспехи, доведе до постепенното изграждане на периодичната таблица и по-късно до количествено определяне на електроотрицателността използвайки различни мащаби.

Следните учени направиха важен принос, който допринесе за развитието на настоящата таблица на електроотрицателността:

• Антоан Лавоазие: Класификацията на елементите, извършена от този учен, е направена по относително произволенБез да се вземе предвид добре дефиниран критерий за периодичност, класификацията му не е била много успешна при предсказване на свойства. Въпреки това, тя е предоставила отправна точка за диференциране прости и сложни вещества.
• Йохан Дьоберейнер: Този учен е известен с разработването на Триадите на ДоберейнерТой разработи изследване, в което групира елементите в групи от по три, като чрез сравнения установи, че техните относителни атомни маси (които се определят с помощта на мас спектрометър) и определени стойности на техните физични свойства са били свързани помежду си. Следователно, те биха могли да бъдат предсказани с помощта на математически приближения. Британският химик Джон Нюландс Той работил на базата, разработена от Доберейнер, и по този начин успял да подреди елементите в таблица с групирания на елементи с нарастващи относителни атомни маси; с това групиране британецът се стремял да разработи таблица, където модел на периодични повторения на физичните свойства на елементите. Тъй като такива повторения бяха групирани около 8 елемента, те бяха обозначени с името „Закон на октавите“.
• Лотар Майер: Той е известен с това, че разширява знанията си в областта на изучаването на връзка между физичните и атомните свойства на компонентите. Той графично представя атомния обем спрямо атомната маса и наблюдава периодичността на свойствата. Неговата работа е допълваща, но независима от работата на Менделеев.
• Дмитрий Менделеев: Въз основа на постулатите на периодичен законТози учен разработва най-точната класификация на елементите, която се използва и до днес (с модификации, включващи новооткрити елементи). Той класифицира елементите предимно въз основа на техните свойства. атомни маси и химични свойстваТой имал далновидността да оставя кутии, където никой елемент не пасваше, очаквайки, че там ще се побере неоткрит елемент. Известните елементи, които не отговаряха на параметрите за подреждане, бяха отбелязани отделно. вместо да бъдат включени произволно (грешка, допусната от Лавоазие и Нюландс). По-късно, с развитието на квантовата теория и концепциите за електронен афинитет и йонизационни енергии, стана възможно да се свърже позицията в таблицата с електроотрицателност.

Що се отнася до електроотрицателността в таблицата, общото правило е:

• Електроотрицателността е стойност, която Увеличава се при движение отляво надясно през същия период, поради увеличаването на ефективното ядрено натоварване.
• електроотрицателност намалява при спускане в рамките на една и съща групазащото атомният радиус се увеличава и валентните електрони са разположени по-далеч от ядрото.
• Елементите, открити в горе вдясно на таблицата (с изключение на благородните газове) показват най-високи стойности на електроотрицателност, като флуорът е най-електроотрицателният елемент.

Електроотрицателност в периодичната таблица

Електроотрицателността на един елемент зависи от няколко фактора, като например атомно число, неговата атомен размер или радиус и ядрен зарядКато цяло, силно електроотрицателните елементи, като неметалите, разположени вдясно от периодичната таблица, са склонни да получават електрони лесно, образувайки аниони. За разлика от това, елементите с ниска електроотрицателност, като повечето метали, са склонни да отдават електрони и образуват катиони.

Разликите в електроотрицателността влияят значително на химични и физични свойства на съединениятаНяколко важни примера:

• Когато разликата в електроотрицателността между два атома е голяма, се наблюдава тенденция към образуване йонни връзки, характеризиращ се с почти пълно прехвърляне на електрони от един атом към друг.
• Когато разликата е умерена или малка, те образуват ковалентни връзкиВ който атомите споделят електрони; ако разликата не е нула, връзката ще бъде полярна ковалентна и разпределението на заряда ще бъде неравномерно.

В периодичната таблица може да се наблюдава следното общи тенденции на електроотрицателност:

1. Лос без метали Елементите обикновено имат по-висока електроотрицателност от металите. Например, флуорът (F) има най-висока електроотрицателност, докато елементи като цезий (Cs) или франций (Fr) имат много ниски стойности.
2. електроотрицателност увеличава се за определен период (отляво надясно), поради увеличаването на ядрения заряд, който привлича свързващите електрони по-силно.
3. електроотрицателност намалява с слизането в по-ниска група (отгоре надолу), защото атомният радиус се увеличава и валентните електрони са по-далеч от ядрото, което отслабва привличането.
4. Лос благородни газове Те обикновено показват много ниска или практически нулева електроотрицателност по скалата на Полинг, тъй като притежават пълна валентна обвивка и не са склонни да приемат или губят електрони.

За справка, някои приблизителни стойности на електроотрицателността по скалата на Полинг са:

• Флуор (F): 3,98
• Кислород (O): 3,44
• Азот (N): 3,04
• Хлор (Cl): 3,16
• Въглерод (C): 2,55
• Водород (H): 2,20
• Натрий (Na): 0,93
• Калций (Ca): 1,00
• Франсио (фр.): 0,70

Тези стойности помагат бързо да се разбере кои елементи са склонни привличат повече електрони (като флуор или кислород) и кои от тях се отделят лесно (като натрий или франций).

Скали за електроотрицателност

Различните стойности на електроотрицателността определят вида на образуваната връзка; следователно, изучаването на този процес е било от интерес и са разработени изследвания. различни мащаби количествени. Сред тях най-известни са скалата на Полинг и скалата на Мъликен.

Скала на Полинг: Според изследванията на Линус Полинг е установено, че електроотрицателността е... относително свойство и променливатъй като зависи отчасти от окислителното състояние на елемента и химическата среда. Неговите наблюдения позволиха да се определи, че ако разлика между електроотрицателностите От два атома е било възможно да се предскаже видът на връзката, която ще се образува, тъй като той е установил числена скала, базирана на енергиите на връзките.

В скалата на Полинг флуорът се приема за най-електроотрицателен елемент, със стойност близка до 3,98, и стойностите на другите елементи се изчисляват от него. С помощта на тази скала могат да се установят общи критерии:

• Йонна връзка: разлика в електроотрицателността по-голямо или равно на 1,7Тази връзка обикновено се среща между метални елементи (ниска електроотрицателност) и неметални елементи (висока електроотрицателност).
• полярна ковалентна връзка: когато разликата е в интервала от приблизително от 0,4 до 1,7В този случай електроните са споделени, но се изместват повече към по-електроотрицателния атом, генерирайки електрически диполи частични.
• Неполярна ковалентна връзка: за разлики равно или по-малко от 0,4Електроните се споделят почти по равно, без да се генерират значителни частични заряди.

Тези диапазони са приблизителни, но са много полезни за прогнозиране на поведението на връзката и полярността на молекулите.

Скала на Mulliken: Тя се основава на електронен афинитет на елементите, което определя тяхната склонност да придобиват отрицателен заряд и следователно способността им да приемат електрони, и в йонизационни потенциаликоито определят предразположението на елемента да приема положителен заряд (положително заредените елементи са тези, които отдават електрони от най-външната си обвивка). По скалата на Мъликен електроотрицателността се изчислява като средна стойност на йонизационната енергия и електронния афинитет на елемент. Тази скала работи със средни стойности, изразени в енергийни единици, и по-късно може да бъде преобразувана в скала, сравнима с тази на Полинг.

Въпреки че съществуват и други скали (като скалата на Allred-Rochow, базирана на електростатичната сила върху валентните електрони), скалата на Pauling остава най-широко приетата. най-използвани в преподаването и периодичните таблици заради неговата простота и лекота при интерпретиране на тенденциите.

Практически примери за електроотрицателност и нейното значение

За да разберем по-добре полезността на електроотрицателността, е полезно да разгледаме някои конкретни примери за елементи и как тази стойност обуславя неговите свойства:

• Водород (H): Той има електроотрицателност от приблизително 2,2 по скалата на Полинг. Той е най-лекият елемент на периодичната таблица и може да се държи подобно на алкалните метали (отдавайки единствения си електрон) или на халогените (споделяйки или приемайки електрон), в зависимост от контекста на свързване.
• Въглерод (C): с електроотрицателност около 2,55, той образува множество ковалентни връзки и е основата на органична химияМеждинната му стойност му позволява да споделя електрони по относително балансиран начин с много елементи, генерирайки много разнообразни структури.
• Азот (N): Той има електроотрицателност около 3,04 и принадлежи към групата на без металиТой е склонен да приема електрони или да ги споделя силно, което обяснява голямата стабилност на молекули като молекулярния азот (N₂).₂).
• Кислород (O): С електроотрицателност от 3,44, той силно привлича споделени електрони. Това обяснява полярност на водата (H₂O), където кислородът придобива частичен отрицателен заряд, а водородите - частичен положителен заряд.
• Благородни газове (например неон, Ne): чрез притежаване пълни валентни обвивкиТе показват изключително ниска електроотрицателност по скалата на Полинг, до степен да се считат за практически нула в много случаи, тъй като едва образуват химични връзки.

Разбирането на електроотрицателността и тенденциите в периодичната таблица позволява на студентите по химия и професионалистите да визуализират таблицата като истинска... „книга с рецепти“От позицията на даден елемент може да се заключи как той ще се държи спрямо другите, какъв тип връзка ще образува и какво ще бъде разпределението на зарядите в получените молекули.

По този начин електроотрицателността се превръща в основен инструмент за да се разбере молекулярната структура, реактивност и природата на връзките които се образуват между атомите, както в неорганични, така и в органични и биохимични системи.

Разбирането какво е електроотрицателност, как тя варира в периодичната таблица и как се свързва с различните скали, предложени от съвременната химия, позволява по-добра интерпретация на... ежедневни химични реакции, от образуването на соли и оксиди до поведението на водата, киселините, основите и органичните молекули, присъстващи в живите организми и технологичните материали.