Elektronegativität: Skalen, Variationen, Nutzen und Beispiele
Die Elektronegativität ist eine relative periodische Eigenschaft, die die Fähigkeit eines Atoms betrifft, elektronische Dichte aus seiner molekularen Umgebung anzuziehen. Es ist die Tendenz eines Atoms, Elektronen anzuziehen, wenn es an ein Molekül gebunden ist. Dies spiegelt sich im Verhalten vieler Verbindungen wider und in der Art, wie sie intermolekular miteinander interagieren.
Nicht alle Elemente ziehen gleichermaßen Elektronen von benachbarten Atomen an. Bei denjenigen, die leicht eine elektronische Dichte ergeben, spricht man von Elektropositivität, während diejenigen, die sich mit Elektronen "bedecken", elektronegativ sind. Es gibt viele Möglichkeiten, diese Eigenschaft (oder dieses Konzept) zu erklären und zu beobachten.
Zum Beispiel wird in den Karten der elektrostatischen Potentiale für ein Molekül (wie das Chlordioxid im obigen Bild, ClO 2 ) der Effekt der unterschiedlichen Elektronegativitäten für die Chlor- und Sauerstoffatome beobachtet.
Die rote Farbe gibt die elektronenreichen Regionen des Moleküls an, δ-, und die blaue Farbe die elektronenarmen, δ +. Nach einer Reihe von Berechnungen kann diese Art von Karten erstellt werden. Viele von ihnen zeigen eine direkte Beziehung zwischen der Position der elektronegativen Atome und δ-.
Es kann auch wie folgt dargestellt werden: Innerhalb eines Moleküls ist es wahrscheinlicher, dass der Elektronentransit in der Nähe von elektronegativeren Atomen stattfindet. Aus diesem Grund sind für ClO 2 die Sauerstoffatome (die roten Kugeln) von einer roten Wolke umgeben, während das Chloratom (die grüne Kugel) von einer bläulichen Wolke umgeben ist.
Die Definition der Elektronegativität hängt von der Herangehensweise an das Phänomen ab. Es gibt mehrere Skalen, die es unter bestimmten Aspekten berücksichtigen. Allen Skalen ist jedoch gemeinsam, dass sie von der Eigenart der Atome getragen werden.
Elektronegativitätsskalen
Die Elektronegativität ist keine quantifizierbare Eigenschaft und hat auch keine absoluten Werte. Warum? Weil die Tendenz eines Atoms, die elektronische Dichte anzulocken, nicht bei allen Verbindungen gleich ist. Mit anderen Worten: Die Elektronegativität variiert je nach Molekül.
Wenn für das ClO 2 -Molekül das Cl-Atom durch das N-Atom ersetzt würde, würde sich auch die Tendenz des O ändern, die Elektronen anzuziehen; es könnte zunehmen (die Wolke röter machen) oder abnehmen (die Farbe verlieren). Der Unterschied würde in der neu gebildeten NO-Bindung liegen, die das ONO-Molekül (Stickstoffdioxid, NO 2 ) aufweist.
Da die Elektronegativität eines Atoms nicht für alle seine molekularen Umgebungen gleich ist, muss es anhand anderer Variablen definiert werden. Auf diese Weise haben wir Werte, die als Referenz dienen und die es uns ermöglichen, zum Beispiel die Art der Bindung vorherzusagen, die gebildet wird (ionisch oder kovalent).
Pauling-Skala
Der große Wissenschaftler und Nobelpreisträger Linus Pauling schlug 1932 eine quantitative (messbare) Form des Elektronegativs vor, die als Pauling-Skala bekannt ist. Dabei wurde die Elektronegativität von zwei Elementen, A und B, die Bindungen bilden, mit der zusätzlichen Energie in Verbindung gebracht, die mit dem ionischen Charakter der AB-Bindung verbunden ist.
Wie ist das Theoretisch sind kovalente Bindungen am stabilsten, da die Verteilung ihrer Elektronen zwischen zwei Atomen ausgeglichen ist; Das heißt, für die AA- und BB-Moleküle teilen sich beide Atome das Elektronenpaar der Bindung auf die gleiche Weise. Wenn jedoch A elektronegativer ist, ist dieses Paar mehr als A als B.
In diesem Fall ist AB nicht mehr vollständig kovalent, obwohl, wenn sich seine Elektronegativitäten nicht stark unterscheiden, gesagt werden kann, dass seine Bindung einen hohen kovalenten Charakter hat. Wenn dies geschieht, erfährt die Bindung eine geringe Instabilität und gewinnt zusätzliche Energie als Produkt der Elektronegativitätsdifferenz zwischen A und B.
Je größer dieser Unterschied ist, desto höher ist die Leistung der Verbindung AB und desto größer ist folglich der ionische Charakter der Verbindung.
Diese Skala stellt die in der Chemie am häufigsten verwendete dar, und die Werte der Elektronegativitäten ergaben sich aus der Zuweisung eines Wertes von 4 für das Fluoratom. Von dort konnten sie die anderen Elemente berechnen.
Mulliken-Skala
Während die Pauling-Skala mit der mit den Verknüpfungen verbundenen Energie zu tun hat, hängt die Skala von Robert Mulliken eher mit zwei anderen periodischen Eigenschaften zusammen: der Ionisierungsenergie (EI) und der elektronischen Affinität (AE).
Ein Element mit hohen EI- und AE-Werten ist daher sehr elektronegativ und zieht daher Elektronen aus seiner molekularen Umgebung an.
Warum? Weil EI widerspiegelt, wie schwierig es ist, ein externes Elektron zu "ziehen", und AE, wie stabil das in der Gasphase gebildete Anion ist. Wenn beide Eigenschaften große Größen haben, dann ist das Element "Liebhaber" der Elektronen.
Die Elektronegativitäten von Mulliken werden nach folgender Formel berechnet:
Χ M = ½ (EI + AE)
Das heißt, χ M ist gleich dem Durchschnittswert von EI und AE.
Im Gegensatz zur Pauling-Skala, die davon abhängt, welche Atome Bindungen bilden, hängt sie jedoch mit den Eigenschaften des Valenzzustands (mit seinen stabileren elektronischen Konfigurationen) zusammen.
Beide Skalen erzeugen ähnliche Elektronegativitätswerte für die Elemente und hängen ungefähr mit der folgenden Umrechnung zusammen:
Χ P = 1, 35 (Χ M ) 1/2 - 1, 37
Sowohl X M als auch X P sind dimensionslose Werte. das heißt, ihnen fehlen Einheiten.
Skala von AL Allred und E.Rochow
Es gibt andere Maßstäbe für Elektronegativität, wie Sanderson und Allen. Auf die ersten beiden folgt jedoch die Skala von Allred und Rochow (χ AR ). Dieses Mal basiert es auf der effektiven Kernladung, die ein Elektron auf der Oberfläche von Atomen erfährt. Daher hängt es direkt mit der Anziehungskraft des Kerns und dem Bildschirmeffekt zusammen.
Wie variiert die Elektronegativität im Periodensystem?
Unabhängig von den Skalen oder Werten, die Sie haben, nimmt die Elektronegativität für einen Zeitraum von rechts nach links und in den Gruppen von unten nach oben zu. Daher nimmt es in Richtung der oberen rechten Diagonale zu (ohne Helium zu zählen), bis es auf Fluorid trifft.
Im Bild oben sehen Sie, was gerade gesagt wurde. Die Pauling-Elektronegativitäten werden im Periodensystem nach den Farben der Zellen ausgedrückt. Da das Fluor am elektronegativsten ist, entspricht es einer deutlicheren violetten Farbe, während es den weniger elektronegativen (oder elektropositiven) dunkleren Farben entspricht.
Es kann auch beobachtet werden, dass die Köpfe von Gruppen (H, Be, B, C usw.) hellere Farben haben und dass die anderen Elemente dunkler werden, wenn Sie durch die Gruppe gehen. Warum ist das so? Die Antwort liegt wiederum in den Eigenschaften EI, AE, Zef (effektive Kernladung) und im Atomradius.
Das Atom im Molekül
Die einzelnen Atome haben eine reale Kernladung Z und die externen Elektronen leiden aufgrund der Abschirmwirkung unter einer wirksamen Kernladung.
Während es sich durch eine Periode bewegt, nimmt Zef auf solche Weise zu, dass sich das Atom zusammenzieht; das heißt, die Atomradien werden über einen Zeitraum reduziert.
Dies hat zur Folge, dass die Elektronen in dem Moment, in dem sie ein Atom mit einem anderen verbinden, mit größerem Zef zum Atom "fließen". Dies verleiht der Verbindung auch einen ionischen Charakter, wenn die Elektronen dazu neigen, auf ein Atom zuzugehen. Wenn dies nicht der Fall ist, sprechen wir von einer überwiegend kovalenten Bindung.
Aus diesem Grund variiert die Elektronegativität in Abhängigkeit von den Atomradien Zef, die wiederum eng mit EI und AE verwandt sind. Alles ist eine Kette.
Wofür ist es?
Wofür ist Elektronegativität? Im Prinzip, um festzustellen, ob eine binäre Verbindung kovalent oder ionisch ist. Wenn der Unterschied in der Elektronegativität sehr hoch ist (mit einer Geschwindigkeit von 1, 7 Einheiten oder mehr), wird die Verbindung als ionisch bezeichnet. Es ist auch nützlich, in einer Struktur zu unterscheiden, welche Regionen möglicherweise am reichsten an Elektronen sind.
Von hier aus kann vorhergesagt werden, welchen Mechanismus oder welche Reaktion die Verbindung eingehen kann. In armen Regionen von Elektronen, δ +, ist es möglich, dass negativ geladene Spezies auf eine bestimmte Weise funktionieren; und in elektronenreichen Regionen können ihre Atome auf sehr spezifische Weise mit anderen Molekülen interagieren (Dipol-Dipol-Wechselwirkungen).
Beispiele (Chlor, Sauerstoff, Natrium, Fluor)
Was sind die Elektronegativitätswerte für die Chlor-, Sauerstoff-, Natrium- und Fluoratome? Wer ist nach Fluorid am elektronegativsten? Mit Hilfe des Periodensystems wird beobachtet, dass Natrium eine dunkelviolette Farbe hat, während die Farben für Sauerstoff und Chlor optisch sehr ähnlich sind.
Seine Elektronegativitätswerte für die Pauling-, Mulliken- und Allred-Rochow-Skalen sind:
Na (0, 93, 1, 21, 1, 01).
O (3, 44, 3, 22, 3, 50).
Cl (3, 16, 3, 54, 2, 83).
F (3, 98, 4, 43, 4, 10).
Beachten Sie, dass bei den Zahlenwerten ein Unterschied zwischen den Negativitäten von Sauerstoff und Chlor besteht.
Nach der Mulliken-Skala ist Chlor im Gegensatz zur Pauling- und Allred-Rochow-Skala elektronegativer als Sauerstoff. Der Unterschied in der Elektronegativität zwischen beiden Elementen wird anhand der Allred-Rochow-Skala noch deutlicher. Und schließlich ist das Fluor unabhängig von der gewählten Skala am elektronegativsten.
Befindet sich ein Atom von F in einem Molekül, bedeutet dies, dass die Bindung einen hohen ionischen Charakter hat.
