Az elektronegativitás fogalmának magyarázata

Az elektronegativitás a molekuláris kémia olyan fogalma, amely leírja az atom azon képességét, hogy vonzza magához az elektronokat. Minél nagyobb egy adott atom elektronegativitásának numerikus értéke, annál erősebben rajzol negatív töltésű elektronok pozitív töltésű protonmagja felé és (kivéve a hidrogént) neutronok.

Mivel az atomok nem léteznek elszigetelten, és más molekulákkal kombinálva molekuláris vegyületeket képeznek atomok esetén az elektronegativitás fogalma azért fontos, mert meghatározza a közöttük lévő kötések jellegét atomok. Az atomok az elektronok megosztásának folyamatán keresztül csatlakoznak más atomokhoz, de ez valójában inkább a huzavona nem megoldható játékának tekinthető: Az atomok kötődnek egymáshoz együtt, mert bár egyik atom sem "nyer", alapvető kölcsönös vonzerőjük megtartja megosztott elektronjaik közötti viszonylag jól körülhatárolható pontot őket.

Az atomok protonokból és neutronokból állnak, amelyek az atomok középpontját vagy magját alkotják, valamint az elektronokat, amelyek a mag körül "keringenek", mint a nagyon apró bolygók vagy üstökösök, amelyek őrült sebességgel kavarognak a körül apró nap. A proton pozitív töltése 1,6 x 10

Az atomnak egy bizonyos típusát vagy változatát, amelyet elemnek nevezünk, a protonok száma határozza meg, amelyet az elem atomszámának nevezünk. Az 1 atomszámú hidrogén egy protonnal rendelkezik; Az urán, amelynek 92 protonja van, ennek megfelelően a 92-es szám az elemek periódusos rendszerén (lásd az Interaktív periódusos táblázat példáját a Forrásokban).

Amikor egy atom protonszámában megváltozik, az már nem ugyanaz az elem. Ha viszont egy atom neutronokat nyer vagy veszít, akkor ugyanaz az elem marad, de an izotóp az eredeti, kémiailag legstabilabb formájú. Ha egy atom elektronokat nyer vagy veszít, de egyébként ugyanaz marad, akkor annak nevezzük ion.

Az elektronok ezeknek a mikroszkópos elrendezéseknek a fizikai szélein helyezkednek el, és azok az atomok alkotóelemei, amelyek részt vesznek a más atomokkal való kötésben.

Az a tény, hogy az atomok pozitív töltésűek, miközben az elektronok a körül az atom fizikai peremei negatívan töltődnek fel, meghatározza az egyes atomok kölcsönhatását egy másik. Amikor két atom nagyon közel van egymáshoz, taszítják egymást, függetlenül attól, hogy milyen elemeket képviselnek, mert megfelelő elektronjaik először "találkoznak" egymással, és a negatív töltések ellensúlyozzák a többi negatívat díjak. A megfelelő magok, bár nem olyan közel egymáshoz, mint az elektronjaik, szintén taszítják egymást. Ha az atomok kellő távolságra vannak egymástól, hajlamosak vonzani egymást. (Az ionok, amint hamarosan meglátjátok, kivétel; két pozitív töltésű ion mindig taszítja egymást, és azonos a negatív töltésű ionpárok esetén is.) Ez azt jelenti, hogy egy bizonyos egyensúlyi távolság, a vonzó és taszító erők egyensúlya, és az atomok ezen a távolságon maradnak, hacsak más nem zavarja erők.

Az atom-atom pár potenciális energiáját negatívnak definiálják, ha az atomok vonzódnak egymáshoz, és pozitívnak, ha az atomok szabadon eltávolodhatnak egymástól. Az egyensúlyi távolságnál az atom közötti potenciális energia a legalacsonyabb (vagyis a legtöbb negatív) értéken van. Ezt nevezzük a kérdéses atom kötési energiájának.

Az atomkötések sokféle típusa borsolja a molekuláris kémia táját. Jelenleg a legfontosabbak az ionos kötések és a kovalens kötések.

Lásd az atomokkal kapcsolatos korábbi beszélgetést, amely elsősorban az elektronjaik kölcsönhatása miatt hajlandó közelről taszítani egymást. Megjegyezték azt is, hogy a hasonló töltésű ionok bármitől is taszítják egymást. Ha azonban egy ionpárnak ellentétes töltése van - vagyis ha egy atom elvesztette az elektront, akkor feltételezte a +1 töltést míg egy másik elektront nyert -1 töltés feltételezésére - akkor a két atom nagyon erősen vonzódik mindegyikhez Egyéb. Az egyes atomok nettó töltése megsemmisíti az elektronjaik bármilyen taszító hatását, és az atomok hajlamosak kötődni. Mivel ezek a kötések az ionok között vannak, ezeket ionos kötéseknek nevezzük. Asztó só, amely nátrium-kloridból (NaCl) áll és pozitív töltésű nátriumatom-kötésből származik egy negatív töltésű klóratomhoz egy elektromosan semleges molekula létrehozásához, példa erre kötvény.

A kovalens kötések ugyanazokból az elvekből fakadnak, de ezek a kötelékek némileg kiegyensúlyozottabb versengő erők jelenléte miatt nem annyira erősek. Például víz (H₂O) két kovalens hidrogén-oxigén kötéssel rendelkezik. A kötések oka elsősorban az, hogy az atomok külső elektronpályái "szeretnének" feltöltődni bizonyos számú elektronnal. Ez a szám elemenként változik, és az elektronok megosztása más atomokkal ennek elérésére szolgál, még akkor is, ha ez a szerény taszító hatások legyőzését jelenti. A kovalens kötéseket tartalmazó molekulák polárisak lehetnek, ami azt jelenti, hogy annak ellenére, hogy nettó töltésük nulla, a molekula egyes részei pozitív töltést hordoznak, amelyet másutt negatív töltések egyensúlyoznak.

A Pauling-skálát használják annak meghatározására, hogy egy adott elem mennyire elektronegatív. (Ez a skála a néhai Nobel-díjas Linus Pauling tudósról kapta a nevét.) Minél magasabb az érték, annál nagyobb a lelkes atom az, hogy vonzza az elektronokat maga felé olyan forgatókönyvekben, amelyek a kovalens lehetőségét kölcsönzik maguknak kötés.

Ezen a skálán a legmagasabb rangú elem a fluor, amelynek értéke 4,0. A legalacsonyabb rangúak a viszonylag homályos cézium és francium elemek, amelyek 0,7-nél jelentkeznek be. "Egyenetlen" vagy poláris, kovalens kötések fordulnak elő a nagy elemekkel különbségek; ezekben az esetekben a megosztott elektronok közelebb fekszenek az egyik atomhoz, mint a másikhoz. Ha egy elem két atomja kötődik egymáshoz, mint egy O-val₂ molekula, az atomok nyilvánvalóan egyenlőek az elektronegativitásban, és az elektronok egyformán messze fekszenek az egyes sejtmagoktól. Ez egy nem poláris kötés.

Az elem elhelyezkedése a periódusos rendszerben általános információt nyújt az elektronegativitásáról. Az elemek elektronegativitásának értéke balról jobbra, valamint lentről felfelé növekszik. A fluor a jobb felső sarok közelében lévő pozíciója biztosítja a magas értéket.

Mint általában az atomfizikánál, az elektronok viselkedéséről és a kötésről is sokat tudni kísérletileg megalapozott, az egyéni szubatomi szinten nagyrészt elméleti részecskék. A kísérletek annak ellenőrzésére, hogy pontosan mit csinálnak az egyes elektronok, technikai probléma, akárcsak az ezeket az elektronokat tartalmazó egyes atomok izolálása. Az elektronegativitás tesztelésére irányuló kísérletek során az értékeket hagyományosan szükségszerűen vezették le, nagyon sok egyedi atom értékének átlagolásával.

2017-ben a kutatók az elektronikus erőmikroszkópia nevű technikát alkalmazták a szilícium felületén lévő egyes atomok megvizsgálására és azok elektronegativitási értékeinek mérésére. Ezt úgy értékelték, hogy értékelték a szilícium és az oxigén kötési viselkedését, amikor a két elem egymástól eltérő távolságra volt. Amint a technika folyamatosan fejlődik a fizikában, az elektronegativitásról szóló emberi ismeretek tovább fognak fejlődni.