PAULINGOVA STUPNICE: ELEKTRONEGATIVITA A ENERGETICKÝ ROZDÍL - CHEMIE - 2025

Pauling měřítko je libovolný měřítku používají v chemii pro vyjádření elektronegativitu prvků. Toto je definováno jako tendence určitého atomu přitahovat elektrony, když se kombinuje s jiným atomem.

V tomto smyslu mají prvky s vysokou elektronegativitou tendenci snadno získat elektrony. Jedná se o nekovy, zatímco pro jejich část, méně elektronegativní prvky, jako jsou kovy, je snazší se vzdát elektronů.

Obrázek 1. Paulingova stupnice. Zdroj: Wikimedia Commons.

Proto, znát elektronegativity elementu, jeden má představu o druhu svazku že to je schopné tvořit když kombinoval s jiným. Uvidíme to s číselným příkladem později.

Na základě těchto informací lze předpovídat mnoho vlastností, které bude mít sloučenina, což je velmi užitečné v experimentální chemii a pro vědu o materiálech, kde se neustále vytvářejí nové sloučeniny.

Je však vhodné objasnit, že navzdory tomu, jak je to důležité, neexistuje jediný způsob, jak určit elektronegativitu; Paulingova stupnice je pouze jedním z různých způsobů, jak ji najít, i když je jedním z nejpoužívanějších.

Pauling's je ve skutečnosti libovolná stupnice, ve které je každému prvku v periodické tabulce přiřazena číselná hodnota, což odráží jeho elektronegativitu. Vidíme to na obrázku 1, kde máme elektronegativitu každého prvku, jak ji určil dvojnásobný nositel Nobelovy ceny Linus Pauling (1901-1994) kolem roku 1939.

Elektronická aktivita prvků

Pauling společně s Donem M. Yostem zjistili hodnoty elektronegativity empiricky prostřednictvím experimentálních dat získaných měřením vazebné energie.

Pauling přiřadil prvek fluoru - nad a napravo od tabulky na obrázku 1 - nejvyšší elektronegativitu, s číslem 4.0. Takže když fluor tvoří vazby, vykazuje nejvyšší tendenci přitahovat elektrony všech prvků.

Druhý je kyslík s 3,5 a třetí je dusík s 3,0. Oba jsou umístěny nahoře a napravo od stolu.

Na druhé straně je na druhé straně nejméně elektronegativním prvkem cesium, jehož symbol je Cs, umístěný vlevo od stolu, ke kterému Pauling přiřadil číslo 0.7.

Elektronegativita v periodické tabulce

Obecně a, jak je vidět na obrázku 1, se v periodické tabulce zvyšuje elektronegativita - a ionizační energie - zleva doprava. Celkový trend také naznačuje pokles při pohybu nahoru a dolů.

Proto budeme mít v pravém horním rohu tabulky nejvíce elektronegativní prvky: fluor, kyslík, chlor, dusík. Nejméně elektronegativní - nebo nejvíce elektropositivní, pokud dáváte přednost - najdete vlevo: lithium, sodík, draslík a další prvky ze skupiny 1 - sloupec nalevo od kraje, který odpovídá kovům alkalických kovů a kovů alkalických zemin.

V každém sloupci klesá elektronegativita se zvyšujícím se atomovým číslem prvku, s výjimkou přechodných kovů ve středu, které tento trend nesledují.

Důležitým bodem je, že elektronegativita je relativní, nejedná se o neměnnou vlastnost každého prvku a je měřena pouze s ohledem na vlastnost ostatních prvků. Hodně záleží na oxidačním stavu, takže stejný prvek může vykazovat různou elektronegativitu v závislosti na typu sloučeniny, kterou tvoří.

Rozdíl ve vazebné energii

Obrázek 2. Americký chemik Linus Pauling v roce 1955. Zdroj: Wikimedia Commons.

V chemii je vazba způsob, jakým se atomy, stejné nebo odlišné, spojují dohromady a vytvářejí molekuly. Mezi atomy, které je drží stabilně, se objevují síly.

Existuje několik typů odkazů, ale zde jsou zvažovány dva:

-Covalent, ve kterém atomy podobných elektronegativit sdílejí pár elektronů.

-Ionické, časté mezi atomy s různými elektronegativitami, v nichž převládá elektrostatická přitažlivost.

Předpokládejme, že dva prvky A a B mohou spolu vytvářet molekuly, označené AA a BB. A jsou také schopni spojit se a vytvořit AB směs, to vše prostřednictvím jakéhokoli svazku.

Díky účasti mezimolekulárních sil je ve svazku energie. Například energie ve vazbě AA je E _AA, ve vazbě BB je EBB a nakonec ve směsi AB je E _AB.

Pokud byla molekula AB vytvořena kovalentní vazbou, teoreticky je vazebná energie průměrem energií E _AA a E _BB:

E _AB = ½ (E _AA + E _BB)

Pauling vypočítal E _AB pro různé sloučeniny, experimentálně změřil a určil rozdíl mezi dvěma hodnotami, které pojmenoval Δ:

Δ = - (E _AB) měřeno - (E _AB) teoretické - = - (E _AB) měřeno - ½ (E _AA + E _BB) -

Pauling uvažoval takto: pokud je A velmi blízké 0, znamená to, že elektronegativita obou prvků je podobná a vazba, která je spojuje, je kovalentní. Ale pokud A není malé, pak vazba mezi A a B není čistě kovalentní.

Čím větší je absolutní hodnota A, tím větší je rozdíl mezi elektronegativitou prvků A a B, a proto bude vazba, která je spojuje, iontového typu. Později čtenář najde příklad, ve kterém je pomocí výpočtu A možné určit typ vazby sloučeniny.

Rovnice pro elektronegativitu

Za předpokladu, že rozdíl v energiích je signálem, který rozlišuje povahu vazby, provedl Pauling mnoho experimentů, které ho vedly k vytvoření empirického výrazu pro relativní elektronegativity dvou prvků A a B, které tvoří molekulu.

Pauling označil tuto elektronegativitu jako χ (řecké písmeno „chi“) takto:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√A

Všimněte si, že Δ je kladné množství. Faktor 0,102, který se objeví vynásobením druhé odmocniny Δ, je konverzní faktor mezi kJ (kilojoules) a eV (elektron-volt), obě jednotky energie.

Pokud se místo toho použijí kiloklorie a elektronové volty, rozdíl v elektronegativitách je vyjádřen podobným vzorcem, ale f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√A

Pauling začal přiřazováním vodíku hodnotu 2,1, předchozí hodnotu získanou chemikem Robertem Mullikenem. Tento prvek si vybral jako svůj výchozí bod, protože vytváří kovalentní pouta s mnoha dalšími.

Pomocí předchozí rovnice pokračoval v přiřazování relativních hodnot ke zbytku prvků. Uvědomil si tedy, že elektronegativita roste při přechodu zleva doprava a shora dolů v periodické tabulce, jak je popsáno v předchozí části.

Příklad

Níže je uveden seznam prvků: N, J, Y a M a jejich příslušné elektronegativity Χ podle Paulingovy stupnice:

- N: Χ = 4,0

- J: Χ = 1,5

- Y: Χ = 0,9

- M: Χ = 1,6

Mezi následujícími sloučeninami vytvořenými s nimi:

YJ, YN, MN a JM

Označte ten s nejvyšším iontovým charakterem a ten, jehož povaha je kovalentní. Odůvodněte svou odpověď.

Řešení

Podle kritérií stanovených Paulingem bude sloučenina s nejvyšším iontovým charakterem ta s největším rozdílem mezi elektronegativitami, a proto s větší hodnotou A. Co se týče části, sloučenina s nejnižším energetickým rozdílem je sloučenina s kovalentní vazbou.

Pak vypočítáme, kolik Δ stojí za každou sloučeninu, takto:

Kompozitní YJ

A = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Složený YN

A = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Složené MN

A = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

Složený JM

A = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Z výše uvedených výsledků je zřejmé, že iontová sloučenina je YN, jehož A = 9,61, zatímco kovalentní sloučenina je JM, s A = 0,01.

Reference

1. Chemie Libretexts. Pauling Electronegativity. Obnoveno z: chem.libretexts.org.
2. Kniha IUPAC Gold. Elektronegativita. Obnoveno z: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. Nepochopená elektronegativita. Obnoveno z: scielo.org.
4. Vědecké texty. Elektronegativita. Obnoveno z: textscientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. Chemistry. 9. Ed. Brooks / Cole. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Kovalentní vazba. Obnoveno z: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Iontová vazba. Obnoveno z: es.wikipedia.org.