Erklärung des Konzepts der Elektronegativität

Elektronegativität ist ein Konzept in der Molekularchemie, das die Fähigkeit eines Atoms beschreibt, Elektronen an sich zu ziehen. Je höher der Zahlenwert der Elektronegativität eines bestimmten Atoms ist, desto stärker zieht es it negativ geladene Elektronen zu seinem positiv geladenen Kern aus Protonen und (außer Wasserstoff) Neutronen.

Weil Atome nicht isoliert existieren und stattdessen molekulare Verbindungen bilden, indem sie sich mit anderen verbinden Atomen ist das Konzept der Elektronegativität wichtig, da es die Art der Bindungen zwischen Atome. Atome verbinden sich mit anderen Atomen durch einen Prozess des Teilens von Elektronen, aber dies kann wirklich eher als ein nicht auflösbares Tauziehen angesehen werden: Die Atome bleiben verbunden zusammen, weil, während keines der Atome "gewinnt", ihre wesentliche gegenseitige Anziehung ihre gemeinsamen Elektronen dazu bringt, um einen ziemlich genau definierten Punkt zwischen Sie.

Atome bestehen aus Protonen und Neutronen, die das Zentrum oder den Kern der Atome bilden, und Elektronen, die den Kern "umkreisen", eher wie winzige Planeten oder Kometen, die mit wahnsinnigen Geschwindigkeiten um a. wirbeln winzige Sonne. Ein Proton trägt eine positive Ladung von 1,6 x 10

Eine bestimmte Art oder Varietät von Atomen, die als Element bezeichnet werden, wird durch die Anzahl der Protonen definiert, die als Ordnungszahl dieses Elements bezeichnet werden. Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1 hat ein Proton; Uran, das 92 Protonen hat, ist entsprechend die Nummer 92 im Periodensystem der Elemente (siehe Ressourcen für ein Beispiel für ein interaktives Periodensystem).

Wenn ein Atom eine Änderung seiner Protonenzahl erfährt, ist es nicht mehr dasselbe Element. Wenn ein Atom hingegen Neutronen hinzugewinnt oder verliert, bleibt es das gleiche Element, ist aber ein Isotop der ursprünglichen, chemisch stabilsten Form. Wenn ein Atom Elektronen aufnimmt oder verliert, aber ansonsten gleich bleibt, wird es als an. bezeichnet Ion.

Elektronen, die sich an den physikalischen Rändern dieser mikroskopischen Anordnungen befinden, sind die Komponenten von Atomen, die an der Bindung mit anderen Atomen teilnehmen.

Die Tatsache, dass die Atomkerne positiv geladen sind, während die Elektronen auf dem Die physikalischen Ränder des Atoms sind negativ geladen, bestimmt die Art und Weise, wie einzelne Atome miteinander interagieren Ein weiterer. Wenn zwei Atome sehr nahe beieinander liegen, stoßen sie sich gegenseitig ab, egal welche Elemente sie darstellen, denn ihre jeweiligen Elektronen "begegnen" einander zuerst, und negative Ladungen stoßen gegen andere negative Gebühren. Ihre jeweiligen Kerne sind zwar nicht so nah beieinander wie ihre Elektronen, stoßen sich aber auch gegenseitig ab. Wenn Atome jedoch einen ausreichenden Abstand voneinander haben, neigen sie dazu, sich gegenseitig anzuziehen. (Ionen sind, wie Sie gleich sehen werden, eine Ausnahme; zwei positiv geladene Ionen stoßen sich immer gegenseitig ab, und das gilt auch für negativ geladene Ionenpaare.) Dies impliziert, dass bei einem gewissen Gleichgewichtsabstand, die anziehenden und abstoßenden Kräfte gleichen sich aus, und die Atome bleiben in diesem Abstand, wenn sie nicht durch andere gestört werden Kräfte.

Die potentielle Energie in einem Atom-Atom-Paar wird als negativ definiert, wenn sich die Atome voneinander anziehen, und als positiv, wenn sich die Atome frei voneinander entfernen können. Beim Gleichgewichtsabstand hat die potentielle Energie zwischen den Atomen ihren niedrigsten (d. h. negativsten) Wert. Dies wird die Bindungsenergie des betreffenden Atoms genannt.

Eine Vielzahl von Arten von Atombindungen durchzieht die Landschaft der Molekularchemie. Die wichtigsten für die vorliegenden Zwecke sind ionische Bindungen und kovalente Bindungen.

Siehe die vorherige Diskussion über Atome, die dazu neigen, sich aus nächster Nähe abzustoßen, hauptsächlich aufgrund der Wechselwirkung zwischen ihren Elektronen. Es wurde auch festgestellt, dass sich ähnlich geladene Ionen gegenseitig abstoßen, egal was passiert. Wenn jedoch ein Ionenpaar entgegengesetzte Ladungen hat – d. h. wenn ein Atom ein Elektron verloren hat, um eine Ladung von +1. anzunehmen während ein anderer ein Elektron dazu gewonnen hat, eine Ladung von -1 anzunehmen – dann werden die beiden Atome sehr stark von jedem angezogen andere. Die Nettoladung jedes Atoms löscht alle abstoßenden Wirkungen ihrer Elektronen aus, und die Atome neigen dazu, sich zu binden. Da diese Bindungen zwischen Ionen bestehen, werden sie ionische Bindungen genannt. Kochsalz, bestehend aus Natriumchlorid (NaCl) und resultiert aus einer positiv geladenen Natriumatombindung zu einem negativ geladenen Chloratom, um ein elektrisch neutrales Molekül zu erzeugen, ist ein Beispiel für diese Art von Bindung.

Kovalente Bindungen resultieren aus den gleichen Prinzipien, aber diese Bindungen sind aufgrund des Vorhandenseins etwas ausgewogenerer konkurrierender Kräfte nicht so stark. Zum Beispiel Wasser (H₂O) hat zwei kovalente Wasserstoff-Sauerstoff-Bindungen. Der Grund, warum sich diese Bindungen bilden, liegt hauptsächlich darin, dass sich die äußeren Elektronenbahnen der Atome mit einer bestimmten Anzahl von Elektronen "auffüllen" wollen. Diese Zahl variiert zwischen den Elementen, und die gemeinsame Nutzung von Elektronen mit anderen Atomen ist ein Weg, dies zu erreichen, selbst wenn es bedeutet, bescheidene Abwehreffekte zu überwinden. Moleküle, die kovalente Bindungen enthalten, können polar sein, was bedeutet, dass, obwohl ihre Nettoladung null ist, Teile des Moleküls eine positive Ladung tragen, die durch negative Ladungen an anderer Stelle ausgeglichen wird.

Die Pauling-Skala wird verwendet, um zu bestimmen, wie elektronegativ ein bestimmtes Element ist. (Diese Skala hat ihren Namen von dem verstorbenen Nobelpreisträger Linus Pauling.) Je höher der Wert, desto mehr ein Atom ist bestrebt, in Szenarien, die sich für die Möglichkeit von kovalentem eignen, Elektronen zu sich selbst anzuziehen Verbindung.

Das ranghöchste Element auf dieser Skala ist Fluor, dem ein Wert von 4,0 zugeordnet wird. Am niedrigsten sind die relativ obskure Elemente Cäsium und Francium, die bei 0.7 einchecken. "Ungleichmäßige" oder polare kovalente Bindungen treten zwischen Elementen mit großen Unterschiede; in diesen Fällen liegen die gemeinsamen Elektronen näher an einem Atom als an dem anderen. Wenn zwei Atome eines Elements aneinander binden, wie bei einem O₂ Moleküls haben die Atome offensichtlich die gleiche Elektronegativität, und die Elektronen sind von jedem Kern gleich weit entfernt. Dies ist eine unpolare Bindung.

Die Position eines Elements im Periodensystem bietet allgemeine Informationen über seine Elektronegativität. Der Wert der Elektronegativität der Elemente nimmt von links nach rechts sowie von unten nach oben zu. Die Position von Fluor ganz oben rechts sichert seinen hohen Wert.

Wie in der Atomphysik im Allgemeinen ist vieles über das Verhalten von Elektronen und Bindungen bekannt ist, obwohl experimentell begründet, weitgehend theoretisch auf der Ebene der einzelnen subatomaren Partikel. Experimente, um genau zu überprüfen, was einzelne Elektronen tun, sind ein technisches Problem, ebenso wie die Isolierung der einzelnen Atome, die diese Elektronen enthalten. In Experimenten zum Testen der Elektronegativität wurden die Werte traditionellerweise aus der Mittelung der Werte vieler einzelner Atome abgeleitet.

Im Jahr 2017 konnten Forscher mit einer Technik namens Elektronenkraftmikroskopie einzelne Atome auf der Oberfläche von Silizium untersuchen und ihre Elektronegativitätswerte messen. Dazu untersuchten sie das Bindungsverhalten von Silizium mit Sauerstoff, wenn die beiden Elemente in unterschiedlichen Abständen platziert wurden. Da sich die Technologie in der Physik weiter verbessert, wird das menschliche Wissen über Elektronegativität weiter wachsen.