Próbując dowiedzieć się, jaki rodzaj wiązania powstaje między dwoma elementami, prawdopodobnie jesteś przyzwyczajony do patrzenia na elektroujemność. Na podstawie różnicy elektroujemności między tymi dwoma elementami można przewidzieć, jaki rodzaj wiązania się utworzy.
Ale jest z tym mały problem. Podczas gdy o związkach często myśli się w wyidealizowanych kategoriach jako jonowe lub kowalencyjne, tak naprawdę nie działa to w prawdziwym życiu. Zamiast tego większość obligacji ma procentowy charakter jonowy.
Co to jest procentowy charakter jonowy?
Istnieją dwie skrajności związane z wiązaniem, które prawdopodobnie znasz:
- wiązanie jonowe: całkowite przeniesienie elektronu
- wiązanie kowalencyjne: dwa atomy dzielą elektrony
O ile dwa atomy nie są takie same, dwa atomy nie dzielą idealnie elektronów.
Na przykład O2 jest prawdziwie kowalencyjnym wiązaniem. Z drugiej strony wiązanie kowalencyjne między tlenem i wodorem w wodzie nie jest. Niezależnie od tego, który pierwiastek ma wyższą elektroujemność (większe pragnienie złapania elektronów), w rzeczywistości przyciągnie je bliżej siebie. Tlen ma wyższą elektroujemność, a więc ma częściowy ładunek ujemny. W rezultacie wiązanie ma częściowo charakter jonowy.
Różnica elektroujemności może jednak powiedzieć coś o procentowym charakterze jonowym wiązania. Jeśli różnica elektroujemności między dwoma atomami jest duża, wiązanie będzie miało bardziej jonowy charakter. Jeśli różnica elektroujemności między dwoma atomami jest niska, wiązanie będzie miało mniej jonowy charakter.
Obliczanie procentowej postaci jonowej
Aby określić ilościowo, jak ładunek jest rozłożony w wiązaniu, możesz określić moment dipolowy. Moment dipolowy jest właściwością fizyczną, która określa, jak asymetrycznie rozkłada się ładunek w wiązaniu. Definiuje się go jako iloczyn całkowitej ilości ładunku dodatniego lub ujemnego i odległości między środkami rozkładów ładunku.
Aby obliczyć procentowy charakter jonowy, musisz użyć następującego równania:
Tutaj, μexp jest wyznaczonym doświadczalnie momentem dipolowym, natomiast μjoński to moment dipolowy, jeśli wiązanie było idealnie jonowe.
μexp jest określony eksperymentalnie i można go znaleźć w tabelach, takich jak ta w sekcji referencyjnej. μjoński należy obliczyć według następującego wzoru:
Tutaj Q jest ładunkiem (lub ładunkiem elektronu), a r jest odległością między dwoma atomami. Należy to również ustalić doświadczalnie.
Teraz możesz obliczyć procentowy charakter jonowy, biorąc pod uwagę eksperymentalnie wyznaczony moment dipolowy i moment dipolowy, jeśli wiązanie było idealnie jonowe.
A co z oszacowaniem procentowego charakteru jonowego przy różnicy elektroujemności?
Szacowanie procentowego charakteru jonowego
Po znalezieniu procentowego charakteru jonowego, jak pokazano powyżej, chemik Linus Pauling znalazł empiryczny związek między różnicą elektroujemności a procentem charakteru jonowego. Ta zależność nie jest idealna, ale daje przyzwoite oszacowanie procentowego charakteru jonowego.
Oto równanie:
Tutaj Δx jest różną elektroujemnością tych dwóch elementów. Na przykład spójrz na HCl. Elektroujemność Cs wynosi 2,20, podczas gdy dla Cl 3,1. (Możesz to sprawdzić, używając układ okresowy pierwiastków w sekcji zasobów.) Różnica wynosi zatem około 0,9. Możesz to podłączyć dla Δx, aby znaleźć procent jonowy postać:
Ukończenie kalkulacji daje:
Tak więc procentowy charakter jonowy to:
Zatem wiązanie pomiędzy HCl ma 20 procentowy charakter jonowy. Tabela 5.4.1 w pierwszym odnośniku mówi nam, że rzeczywisty procentowy charakter jonowy wynosi 17,7 procent, więc to oszacowanie oparte na zależności empirycznej daje dobrą oszacowanie! W przeciwnym razie można wykorzystać obserwowany eksperymentalnie moment dipolowy do obliczenia procentowego charakteru jonowego.