Pojasnilo koncepta elektronegativnosti

Vsebina

• Struktura atoma
• Osnove kemičnega lepljenja
• Kemijske vezi in elektronegativnost
• Vrednosti elektronegativnosti in periodična tabela
• Nadaljnje delo: Površinski atomi

Elektronegativnost je koncept v molekularni kemiji, ki opisuje sposobnost atomov, da pritegnejo k sebi elektrone. Večja kot je številčna vrednost elektronegativnosti danih atomov, močneje privlači negativno nabito elektrone k njenemu pozitivno nabitemu jedru protonov in (razen vodika) nevtronov.

Ker atomi ne obstajajo izolirano in namesto tega tvorijo molekularne spojine s kombiniranjem z drugimi atomi, je pojem elektronegativnosti pomemben, ker določa naravo vezi med atomi. Atomi se pridružijo drugim atomom s procesom delitve elektronov, vendar to resnično lahko razumemo kot nerešljivo igro vlečnega kova: Atomi ostanejo povezani, ker niti eden atom ne "zmaga", njihova bistvena medsebojna privlačnost ohranja svoje skupne elektrone, ki zumirajo okoli neke dokaj dobro določene točke med njimi.

Struktura atoma

Atomi so sestavljeni iz protonov in nevtronov, ki sestavljajo središče ali jedro atomov, in elektronov, ki "krožijo" v jedru, podobno kot zelo drobni planeti ali kometi, ki se vrtinčijo s hitrostjo okrog miniskularnega sonca. Proton nosi pozitiven naboj 1,6 x 10^-19 coulombi ali C, medtem ko elektroni nosijo negativni naboj enake velikosti. Atomi imajo običajno enako število protonov in elektronov, zaradi česar so električno nevtralni. Atomi imajo običajno približno enako število protonov in nevtronov.

Posebna vrsta ali vrsta atoma, ki se imenuje element, je določena s številom protonov, ki jih ima, imenovanimi atomsko številko tega elementa.Vodik z atomsko številko 1 ima en proton; uran, ki ima 92 protonov, je ustrezno število 92 v periodični tabeli elementov (glej Viri za primer interaktivne periodične tabele).

Ko se atom spremeni v številu protonov, ni več isti element. Ko atom pridobi ali izgubi nevtrone, ostaja isti element, vendar je an izotop prvotne, najbolj kemično stabilne oblike. Ko atom pridobi ali izgubi elektrone, vendar ostane enak, se imenuje an ion.

Elektroni, ki so na fizičnih robovih teh mikroskopskih ureditev, so sestavni deli atomov, ki sodelujejo pri vezanju z drugimi atomi.

Osnove kemičnega lepljenja

Dejstvo, da so jedra atomov pozitivno nabiti, medtem ko so elektroni, ki se nahajajo na fizikalnih mejah atomov, negativno nabiti, določa način medsebojnega delovanja posameznih atomov. Ko sta dva atoma zelo blizu, se odbijata, ne glede na to, katere elemente predstavljata, saj se njuni elektroni najprej "srečajo", negativni naboji pa se potiskajo proti drugim negativnim nabojem. Njihova jedra, čeprav niso tako blizu kot njihovi elektroni, tudi odbijajo drug drugega. Kadar pa so atomi dovolj narazen, se ponavadi med seboj privlačijo. (Ioni, kot boste kmalu videli, sta izjema; dva pozitivno nabita iona se bosta vedno odbijala in dito za negativno nabito ionske pare.) To pomeni, da na določeni ravnotežni razdalji privlačne in odbijajoče sile uravnotežijo in atome ostanejo na tej razdalji narazen, razen če jih motijo ​​druge sile.

Potencialna energija v paru atom-atom je opredeljena kot negativna, če se atomi privlačijo med seboj, in pozitivna, če se atomi lahko premikajo drug od drugega. Na ravnotežni razdalji je potencialna energija med atomom na najnižji (tj. Najbolj negativni) vrednosti. Temu rečemo energija vezi zadevnega atoma.

Kemijske vezi in elektronegativnost

Različne vrste atomskih vezi pokažejo krajino molekularne kemije. Za današnje namene so najpomembnejše ionske vezi in kovalentne vezi.

Glej prejšnjo razpravo o atomih, ki se nagibajo drug k drugemu blizu predvsem zaradi interakcije med njihovimi elektroni. Ugotovljeno je bilo tudi, da se podobno nabito ioni med seboj odbijajo. Če pa ima par ionov nasprotne naboje - to je, če je en atom izgubil elektron, da prevzame naboj +1, medtem ko je drugi pridobil elektron, da prevzame naboj -1 -, sta oba atoma zelo privlačna za vsakega drugo. Neto naboj vsakega atoma odstrani ne glede na odbojne učinke njihovih elektronov in atomi se vežejo. Ker so te vezi med ioni, jih imenujemo ionske vezi. Namizna sol, sestavljena iz natrijevega klorida (NaCl) in ki nastane iz pozitivno nabitega natrijevega atoma, ki se veže na negativno nabit klorov atom, da ustvari električno nevtralno molekulo, ponazarja to vrsto vezi.

Kovalentne vezi izhajajo iz istih načel, vendar te vezi niso tako močne zaradi prisotnosti nekoliko bolj uravnoteženih konkurenčnih sil. Na primer voda (H₂O) ima dve kovalentni vodikovo-kisikovi vezi. Razlog, da te vezi tvorijo, je predvsem v tem, da se zunanje orbite elektron atomov "želijo" napolniti z določenim številom elektronov. To število se med elementi razlikuje, deljenje elektronov z drugimi atomi pa je način, da to dosežemo tudi takrat, ko pomeni premagovanje skromnih odbojnih učinkov. Molekule, ki vključujejo kovalentne vezi, so lahko polarne, kar pomeni, da čeprav je njihov naboj enak nič, deli molekule nosijo pozitiven naboj, ki se drugje uravnoteži z negativnimi naboji.

Vrednosti elektronegativnosti in periodična tabela

Paulingova lestvica se uporablja za določitev, kako elektronegativno je določen element. (Ta lestvica je dobila ime po pokojnem znanstveniku Linus Paulingu.) Večja kot je vrednost, bolj željen bo atom privabiti elektrone k sebi v scenarijih, ki so podvrženi možnosti kovalentne vezi.

Najvišji uvrstitveni element na tej lestvici je fluor, ki mu je dodeljena vrednost 4,0. Na najnižji uvrstitvi sta razmeroma prikrita elementa cezij in francij, ki se prijavita pri 0,7. Med elementi z velikimi razlikami se pojavljajo "neenakomerne" ali polarne kovalentne vezi; v teh primerih se skupni elektroni ležejo bližje enemu atomu kot drugemu. Če se dva atoma elementa vežeta drug na drugega, kot pri O₂ molekule, atomi so v elektronegativnosti očitno enaki, elektroni pa ležijo enako daleč od vsakega jedra. To je nepolarna vez.

Položaj elementa na periodični tabeli ponuja splošne informacije o njegovi elektronegativnosti. Vrednost elektronegativnosti elementov narašča od leve proti desni kot tudi od spodaj navzgor. Položaj fluora v zgornjem desnem kotu zagotavlja njegovo visoko vrednost.

Nadaljnje delo: Površinski atomi

Tako kot pri atomski fiziki na splošno je tudi veliko vedenega o vedenju elektronov in vezanju, medtem ko je eksperimentalno ugotovljeno, večinoma teoretično na ravni posameznih subatomskih delcev. Eksperimenti za preverjanje, kaj točno delajo posamezni elektroni, so tehnična težava, prav tako izolacija posameznih atomov, ki vsebujejo te elektrone. V poskusih za preizkušanje elektronegativnosti so vrednosti tradicionalno izhajale iz potrebe po povprečju vrednosti zelo veliko posameznih atomov.

Leta 2017 so raziskovalci lahko uporabili tehniko, imenovano elektronska mikroskopija, za pregled posameznih atomov na površini silicija in merjenje njihovih vrednosti elektronegativnosti. To so storili z oceno vedenja silicija s kisikom, ko sta bila dva elementa nameščena na različnih razdaljah. Ker se tehnologija v fiziki še izboljšuje, bo človeško znanje o elektronegativnosti še naprej cvetelo.