Объяснение концепции электроотрицательности

Электроотрицательность - это понятие в молекулярной химии, которое описывает способность атома притягивать к себе электроны. Чем выше числовое значение электроотрицательности данного атома, тем сильнее он притягивает отрицательно заряженные электроны по направлению к положительно заряженному ядру протонов и (кроме водорода) нейтроны.

Поскольку атомы не существуют изолированно, а вместо этого образуют молекулярные соединения, соединяясь с другими атомов, концепция электроотрицательности важна, потому что она определяет природу связей между атомы. Атомы присоединяются к другим атомам посредством процесса обмена электронами, но это действительно можно рассматривать скорее как неразрешимую игру в перетягивание каната: атомы остаются связанными. вместе, потому что, хотя ни один из атомов «не выигрывает», их существенное взаимное притяжение заставляет их общие электроны перемещаться вокруг некоторой довольно четко определенной точки между их.

Атомы состоят из протонов и нейтронов, которые составляют центр или ядра атомов, и электронов, которые "вращаются" вокруг ядра, подобно очень крошечным планетам или кометам, вращающимся с сумасшедшей скоростью вокруг крохотное солнце. Протон несет положительный заряд 1,6 x 10

Конкретный тип или разновидность атома, называемый элементом, определяется числом протонов, которые он имеет, называемым атомным номером этого элемента. Водород с атомным номером 1 имеет один протон; уран, который имеет 92 протона, соответственно находится под номером 92 в периодической таблице элементов (пример интерактивной таблицы Менделеева см. в разделе Ресурсы).

Когда в атоме изменяется количество протонов, это уже не тот элемент. С другой стороны, когда атом получает или теряет нейтроны, он остается тем же элементом, но является изотоп исходной, наиболее химически стабильной формы. Когда атом получает или теряет электроны, но в остальном остается неизменным, это называется ион.

Электроны, находящиеся на физических краях этих микроскопических устройств, являются компонентами атомов, которые участвуют в связывании с другими атомами.

Тот факт, что ядра атомов заряжены положительно, в то время как электроны вращаются вокруг физические полосы атома имеют отрицательный заряд, что определяет способ взаимодействия отдельных атомов с одним атомом. Другой. Когда два атома расположены очень близко друг к другу, они отталкиваются друг от друга независимо от того, какие элементы они представляют, потому что их соответствующие электроны сначала «сталкиваются» друг с другом, а отрицательные заряды сталкиваются с другими отрицательными обвинения. Их соответствующие ядра, хотя и не так близко друг к другу, как их электроны, также отталкиваются друг от друга. Однако, когда атомы находятся на достаточном расстоянии друг от друга, они имеют тенденцию притягиваться друг к другу. (Ионы, как вы скоро увидите, являются исключением; два положительно заряженных иона всегда будут отталкивать друг друга, и то же самое для пар отрицательно заряженных ионов.) Это означает, что при определенном равновесное расстояние, силы притяжения и отталкивания уравновешиваются, и атомы будут оставаться на этом расстоянии друг от друга, если не будут нарушены другими силы.

Потенциальная энергия в паре атом-атом определяется как отрицательная, если атомы притягиваются друг к другу, и положительная, если атомы могут свободно удаляться друг от друга. На равновесном расстоянии потенциальная энергия между атомами имеет самое низкое (то есть самое отрицательное) значение. Это называется энергией связи рассматриваемого атома.

Множество типов атомных связей украшают ландшафт молекулярной химии. Наиболее важными для настоящих целей являются ионные связи и ковалентные связи.

Обратитесь к предыдущему обсуждению атомов, стремящихся отталкиваться друг от друга с близкого расстояния, прежде всего из-за взаимодействия между их электронами. Также было отмечено, что одинаково заряженные ионы отталкиваются друг от друга, несмотря ни на что. Однако если пара ионов имеет противоположные заряды - то есть, если один атом потерял электрон, чтобы принять заряд +1 в то время как другой получил электрон, чтобы принять заряд -1 - тогда два атома очень сильно притягиваются друг к другу. Другие. Общий заряд каждого атома уничтожает любые отталкивающие эффекты, которые могли бы иметь их электроны, и атомы стремятся соединиться. Поскольку эти связи находятся между ионами, они называются ионными связями. Поваренная соль, состоящая из хлорида натрия (NaCl) и образованная в результате связывания положительно заряженного атома натрия. к отрицательно заряженному атому хлора для создания электрически нейтральной молекулы, иллюстрирует этот тип связь.

Ковалентные связи возникают по тем же принципам, но эти связи не так сильны из-за наличия несколько более сбалансированных конкурирующих сил. Например, вода (H₂O) имеет две ковалентные водородно-кислородные связи. Причина образования этих связей в основном состоит в том, что внешние электронные орбиты атомов «хотят» заполниться определенным количеством электронов. Это число варьируется между элементами, и совместное использование электронов с другими атомами - это способ добиться этого, даже если это означает преодоление умеренных отталкивающих эффектов. Молекулы, которые включают ковалентные связи, могут быть полярными, что означает, что даже если их суммарный заряд равен нулю, части молекулы несут положительный заряд, который уравновешивается отрицательными зарядами в другом месте.

Шкала Полинга используется для определения электроотрицательности данного элемента. (Эта шкала названа в честь покойного лауреата Нобелевской премии Лайнуса Полинга.) Чем выше значение, тем больше стремление атома притягивать к себе электроны в сценариях, допускающих возможность ковалентной склеивание.

Элемент с самым высоким рейтингом по этой шкале - фтор, которому присвоено значение 4,0. Самый низкий рейтинг - это относительно непонятные элементы цезий и франций, которые проверяются на 0,7. «Неравномерные» или полярные ковалентные связи возникают между элементами с большой различия; в этих случаях общие электроны лежат ближе к одному атому, чем к другому. Если два атома элемента связаны друг с другом, как с O₂ В молекуле атомы, очевидно, равны по электроотрицательности, а электроны лежат одинаково далеко от каждого ядра. Это неполярная связь.

Положение элемента в периодической таблице дает общую информацию о его электроотрицательности. Значение электроотрицательности элементов увеличивается как слева направо, так и снизу вверх. Расположение фтора в правом верхнем углу обеспечивает его высокую ценность.

Как и в атомной физике в целом, многое из того, что известно о поведении электронов и связи является, хотя и экспериментально установленным, в основном теоретическим на уровне отдельных субатомных частицы. Эксперименты, чтобы точно проверить, что делают отдельные электроны, являются технической проблемой, как и изолировать отдельные атомы, содержащие эти электроны. В экспериментах по проверке электроотрицательности значения традиционно получали из, по необходимости, усреднения значений большого количества отдельных атомов.

В 2017 году исследователи смогли использовать метод, называемый электронной силовой микроскопией, для изучения отдельных атомов на поверхности кремния и измерения их значений электроотрицательности. Они сделали это, оценив поведение связи кремния с кислородом, когда два элемента были размещены на разных расстояниях друг от друга. По мере того, как технологии в физике продолжают совершенствоваться, человеческие знания об электроотрицательности будут расти и дальше.