Objašnjenje tabele elektronegativnosti: koncept, historija i glavne skale

Jedno od velikih naučnih dostignuća bilo je klasifikacija i organizacija hemijskih elemenataProučavanje svojstava materije datira još iz vremena alhemičara; naučnici u ovoj oblasti su uvijek imali na umu važnost uspostavljanja sistema klasifikacije koji je omogućavao uredno rukovanje elementima poznatim u svakoj eri.

Odatle, nakon mnogo pokušaja, dobro poznati tablica elektronegativnostiUsko je povezan s Mendelejevljevim periodnim sistemom elemenata, koji je najefikasniji sistem klasifikacije i organizacije koji danas imamo. U njemu su elementi raspoređeni 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.

Šta 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 centralnog jezgra oko kojeg su raspoređeni protoni i neutroni, te elektrona u različitim energetskim nivoima ili ljuskama. elektroni prisutni u najudaljenijoj ljusci elementa, nazvanog valentnih elektrona, one koje određuju sposobnost svakog materijala da formira spojeve.

Evo šta definiše elektronegativnost: tendencija atoma da privlači elektrone prema sebi koju dijeli s drugim atomom kada se formira hemijska veza. Drugim riječima, elektronegativnost mjeri sposobnost atoma da se kombinuje putem veza s drugim atomima i koliko snažno privlači zajedničke elektrone.

Sa praktične tačke gledišta, elektronegativnost:

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

Ovaj proces je prvenstveno definisan djelovanjem dvije veličine povezane sa atomskom strukturom:

• Atomska masa: To je ukupna masa protona i neutrona u jednom atomu. Veća atomska masa se obično povezuje sa veći atomski radijus, što utiče na snagu kojom jezgro privlači valentne elektrone.
• Valentni elektroni: To su negativno nabijene čestice koje se nalaze u najudaljenijoj ljusci atoma, koje predstavljaju broj čestica dostupnih za izmjenu pri formiranju spojeva. Što je ova ljuska bliža jezgru, to je jezgro nabijenije, Što je veća elektronegativnost.

Pored ovih faktora, ulogu igraju i sljedeći: efektivno nuklearno punjenje (stvarna privlačnost koju valentni elektron osjeća prema jezgru, uzimajući u obzir zaštitu unutrašnjih elektrona) i atomski radioManji radijus i veći efektivni naboj jezgra obično podrazumijevaju veću elektronegativnost.

Razvoj tablice elektronegativnosti

U potrazi za odgovarajućom klasifikacijom elemenata, mnogi naučnici su razvili ideje o tome kakav bi mogao biti odgovarajući sistem, putem kojeg bi se elementima moglo pristupiti na uređen način, uzimajući u obzir njihovu... hemijska i fizička svojstvaOvaj put, sa svojim uspjesima i neuspjesima, doveo je do postepenog konstruisanja periodnog sistema elemenata, a kasnije i do kvantifikacija elektronegativnosti korištenjem različitih skala.

Sljedeći naučnici dali su važan doprinos razvoju trenutne tabele elektronegativnosti:

• Antoine Lavoisier: Klasifikacija elemenata koju je izvršio ovaj naučnik urađena je na relativno proizvoljnoBez razmatranja dobro definiranog kriterija periodičnosti, njegova klasifikacija nije bila vrlo uspješna u predviđanju svojstava. Međutim, pružila je početnu tačku za diferencijaciju jednostavne i složene supstance.
• Johann Doberiner: Ovaj naučnik je poznat po razvoju Dobereinerove trijadeRazvio je studiju u kojoj je grupirao elemente u grupe od po tri, otkrivajući, poređenjem, da 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 korištenjem matematičkih aproksimacija. Britanski hemičar John newlands Radio je na osnovi koju je razvio Dobereiner i tako je uspio da poreda elemente u tabeli sa grupama elemenata rastućih relativnih atomskih masa; ovim grupisanjem, Britanac je nastojao da razvije tabelu u kojoj... obrazac periodičnih ponavljanja fizičkih svojstava elemenata. Budući da su takva ponavljanja grupirana oko 8 elemenata, označena su imenom "Zakon oktave".
• Lothar Mayer: Poznat je po širenju znanja u oblasti proučavanja odnos između fizičkih i atomskih svojstava komponenti. Grafički je predstavio atomski volumen u odnosu na atomsku masu i uočio periodičnost svojstava. Njegov rad je bio komplementaran, ali nezavisan od rada Mendeljejeva.
• Dmitri Mendeleev: Na osnovu postulata periodični zakonOvaj naučnik je razvio najtačniju klasifikaciju elemenata, koja se i danas koristi (uz modifikacije koje uključuju novootkrivene elemente). Elemente je klasificirao prvenstveno na osnovu njihovih svojstava. atomske mase i hemijska svojstvaImao je predviđanje da ostavi kutije tamo gdje nijedan element nije odgovarao, predviđajući da će se tamo uklopiti neotkriveni element. Poznati elementi koji su izbjegli parametre redoslijeda označeni su odvojeno. umjesto da budu proizvoljno uključeni (greška koju su napravili Lavoisier i Newlands). Kasnije, s napretkom kvantne teorije i koncepata afiniteta elektrona i energija ionizacije, postalo je moguće povezati poziciju u tabeli sa elektronegativnost.

Što se tiče elektronegativnosti unutar tabele, opšte pravilo je:

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

Elektronegativnost u periodnom sistemu elemenata

Elektronegativnost elementa zavisi od nekoliko faktora, kao što su njegov atomski brojnjegov atomska veličina ili radijus i njegovu nuklearno punjenjeOpćenito, visoko elektronegativni elementi, poput nemetala koji se nalaze prema desnoj strani periodnog sistema, imaju tendenciju da dobiti elektrone lako, formirajući anione. Nasuprot tome, elementi sa niskom elektronegativnošću, kao što je većina metala, imaju tendenciju da odustati od elektrona i formiraju katione.

Razlike u elektronegativnosti značajno utiču na hemijska i fizička svojstva spojevaPar važnih primjera:

• Kada je razlika u elektronegativnosti između dva atoma velika, postoji tendencija ka formiranju jonske 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 će biti nejednaka.

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

1. u 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 tokom određenog perioda (s lijeva na desno), zbog povećanja nuklearnog naboja koji jače privlači vezujuće 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 jezgra, što slabi privlačnost.
4. u Plemeniti plinovi Oni uglavnom pokazuju vrlo nisku ili praktično 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
• Kiseonik (O): 3,44
• Azot (N): 3,04
• Hlor (Cl): 3,16
• Ugljik (C): 2,55
• Vodonik (H): 2,20
• Natrij (Na): 0,93
• Kalcijum (Ca): 1,00
• Franco (Fr): 0,70

Ove vrijednosti pomažu da se brzo shvati koji elementi imaju tendenciju više privlače elektrone (kao što su fluor ili kiseonik) i koji ih lako otpuštaju (kao što su natrijum ili francij).

Vage elektronegativnosti

Različite vrijednosti elektronegativnosti određuju vrstu formirane veze; stoga je proučavanje ovog procesa bilo od interesa 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 zavisi od oksidacijskog stanja elementa i hemijskog okruženja. Njegova zapažanja su 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 zasnovanu na energijama veza.

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

• Jonska veza: razlika elektronegativnosti veće ili jednako 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 pomjeraju prema elektronegativnijem atomu, generirajući električni dipoli djelomično.
• 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 veoma korisni za predvidjeti ponašanje linka i polaritet molekula.

Mulliken skala: Zasnovan je na afinitet elektrona elemenata, što definiše njihovu tendenciju da steknu negativni naboj i stoga njihovu sposobnost da prime elektrone, i u jonizacijski potencijalikoji određuju predispoziciju elementa da preuzme pozitivno naelektrisanje (pozitivno naelektrisani elementi su oni koji doniraju elektrone sa svoje najudaljenije ljuske). Na Mullikenovoj skali, elektronegativnost se izračunava kao prosjek energije jonizacije i afiniteta elektrona elementa. Ova skala radi sa prosječnim vrijednostima izraženim u energetskim jedinicama, a kasnije se može pretvoriti u skalu uporedivu sa Paulingovom.

Iako postoje i druge skale (kao što je Allred-Rochow skala, zasnovana na elektrostatičkoj sili na valentne elektrone), Paulingova skala ostaje najšire prihvaćena. najčešće korištene u nastavi i periodnim sistemima zbog svoje jednostavnosti i lakoće u tumačenju trendova.

Praktični primjeri elektronegativnosti i njen značaj

Da bismo bolje razumjeli korisnost elektronegativnosti, korisno je pogledati neke konkretni primjeri elemenata i kako ova vrijednost uslovljava njegova svojstva:

• Vodonik (H): Ima elektronegativnost od približno 2,2 na Paulingovoj skali. To je najlakši element periodnog sistema i mogu se ponašati slično kao alkalni metali (odbacujući svoj jedini elektron) ili kao halogeni (dijeleći ili primajući elektron), ovisno o kontekstu vezivanja.
• Ugljik (C): Sa elektronegativnošću oko 2,55, formira brojne kovalentne veze i osnova je organska hemijaNjegova srednja vrijednost mu omogućava da dijeli elektrone na relativno uravnotežen način s mnogim elementima, stvarajući vrlo raznolike strukture.
• Azot (N): Ima elektronegativnost od oko 3,04 i pripada grupi nemetaliTeži primanju elektrona ili njihovom snažnom dijeljenju, što objašnjava veliku stabilnost molekula poput molekularnog dušika (N₂).₂).
• Kiseonik (O): Sa elektronegativnošću od 3,44, snažno privlači zajedničke elektrone. To objašnjava... polarnost vode (H₂O), gdje kisik dobija djelomično negativno naelektrisanje, a vodik djelomično pozitivno naelektrisanje.
• Plemeniti plinovi (na primjer, neon, Ne): posjedovanjem pune valentne ljuskeOni pokazuju izuzetno nisku elektronegativnost na Paulingovoj skali, do te mjere da se u mnogim slučajevima smatraju praktično nultom, jer jedva formiraju hemijske veze.

Razumijevanje elektronegativnosti i trendova u periodnom sistemu elemenata omogućava studentima hemije i profesionalcima da vizualiziraju sistem kao stvarnu... "Knjiga recepata"Iz položaja elementa može se zaključiti kako će se ponašati prema drugima, kakvu vrstu veze će formirati i kakva će biti raspodjela naboja unutar rezultirajućih molekula.

Na ovaj način, elektronegativnost postaje neophodan alat za razumjeti molekularnu strukturu, reaktivnost i prirodu veza koji se formiraju između atoma, kako u neorganskim, tako i u organskim i biohemijskim sistemima.

Razumijevanje šta je elektronegativnost, kako se mijenja u periodnom sistemu elemenata i kako se odnosi na različite skale koje predlaže moderna hemija, omogućava bolje tumačenje... svakodnevne hemijske reakcije, od formiranja soli i oksida do ponašanja vode, kiselina, baza i organskih molekula prisutnih u živim organizmima i tehnološkim materijalima.