Pojasnilo koncepta elektronegativnosti

Elektronegativnost je koncept v molekularni kemiji, ki opisuje sposobnost atoma, da pritegne elektrone vase. Večja kot je numerična vrednost elektronegativnosti danega atoma, močneje črpa negativno nabitih elektronov proti pozitivno naelektrenemu jedru protonov in (razen vodika) nevtroni.

Ker atomi ne obstajajo ločeno in namesto tega tvorijo molekularne spojine s kombiniranjem z drugimi atomov, je koncept elektronegativnosti pomemben, ker določa naravo vezi med atomi. Atomi se pridružijo drugim atomom s postopkom izmenjave elektronov, toda na to lahko resnično gledamo bolj kot na nerešljivo igro vlečenja vrvi: atomi ostanejo povezani skupaj, ker medtem ko noben atom "ne zmaga", njihova bistvena vzajemna privlačnost ohranja, da se njihovi skupni elektroni približujejo nekaterim dokaj natančno določeni točki med njim.

Atomi so sestavljeni iz protonov in nevtronov, ki sestavljajo središče ali jedro atomov, in elektronov, ki "krožijo" okoli jedra, kot so zelo majhni planeti ali kometi, ki se vrtijo s hitrostjo norcev okoli majhno sonce. Proton nosi pozitiven naboj 1,6 x 10

Določena vrsta ali sorta atoma, imenovana element, je opredeljena s številom protonov, ki jih ima, imenovano atomsko število tega elementa. Vodik z atomskim številom 1 ima en proton; uran, ki ima 92 protonov, je ustrezno številka 92 na periodnem sistemu elementov (glej vire za primer interaktivne periodne tabele).

Ko se atom spremeni v številu protonov, to ni več isti element. Ko atom pridobi ali izgubi nevtrone, po drugi strani ostane isti element, vendar je izotop prvotne, kemično najbolj stabilne oblike. Ko atomi pridobijo ali izgubijo elektrone, sicer pa ostanejo enaki, se imenuje an ion.

Elektroni, ki so na fizičnih robovih teh mikroskopskih aranžmajev, so sestavni deli atomov, ki sodelujejo pri povezovanju z drugimi atomi.

Dejstvo, da so jedra atomov pozitivno nabita, medtem ko elektroni krožijo okoli atomske fizične resice so negativno nabito določajo način interakcije posameznih atomov z enim drugo. Ko sta si atoma zelo blizu, se medsebojno odbijata, ne glede na to, katere elemente predstavljata, ker njuni elektroni se najprej "srečajo", negativni naboji pa pritisnejo na druge negativne stroški. Njihova jedra, čeprav niso tako blizu skupaj kot njihovi elektroni, se tudi odbijajo. Kadar pa so atomi dovolj oddaljeni, se navadno privlačijo. (Ioni, kot boste kmalu videli, so izjema; dva pozitivno nabita iona se bosta vedno odganjala, tako kot pri negativno nabitih ionskih parih.) To pomeni, da pri določeni ravnotežne razdalje, privlačne in odbojne sile se uravnavajo, atomi pa ostanejo na tej razdalji ločeni, razen če sile.

Potencialna energija v paru atom-atom je opredeljena kot negativna, če se atomi medsebojno privlačijo, in pozitivna, če se atomi lahko prosto oddaljujejo drug od drugega. Na ravnotežni razdalji je potencialna energija med atomom na najnižji (tj. Najbolj negativni) vrednosti. To se imenuje vezna energija zadevnega atoma.

Različne vrste atomskih vezi popestrijo pokrajino molekularne kemije. Za sedanje namene so najpomembnejše ionske vezi in kovalentne vezi.

Oglejte si prejšnjo razpravo o atomih, ki se med seboj odbijajo predvsem zaradi interakcije med njihovimi elektroni. Ugotovljeno je bilo tudi, da se podobno nabiti ioni ne glede na vse odbijajo. Če ima par ionov nasprotne naboje - torej če je en atom izgubil elektron, da bi prevzel naboj +1 medtem ko je drugi pridobil elektron, da je prevzel naboj -1 - potem oba atoma zelo privlačita drugo. Neto naboj na vsakem atomu izbriše vse odbojne učinke, ki bi jih lahko imeli njihovi elektroni, in atomi se navadno vežejo. Ker so te vezi med ioni, jih imenujemo ionske vezi. Namizna sol, ki je sestavljena iz natrijevega klorida (NaCl) in je posledica pozitivno naelektrene vezi natrijevega atoma na negativno nabit atom klora, da ustvari električno nevtralno molekulo, ponazarja to vrsto obveznica.

Kovalentne vezi izhajajo iz istih načel, vendar te vezi niso tako močne zaradi prisotnosti nekoliko bolj uravnoteženih konkurenčnih sil. Na primer voda (H₂O) ima dve kovalentni vezi vodik-kisik. Razlog za to, da se te vezi tvorijo, je predvsem v tem, da se zunanje elektronske orbite atomov "želijo" napolniti z določenim številom elektronov. To število se razlikuje med elementi in izmenjava elektronov z drugimi atomi je način, kako to doseči, tudi če to pomeni premagovanje skromnih odbojnih učinkov. Molekule, ki vključujejo kovalentne vezi, so lahko polarne, kar pomeni, da čeprav je njihov neto naboj enak nič, deli molekule nosijo pozitiven naboj, ki je drugje uravnotežen z negativnimi naboji.

Paulingova lestvica se uporablja za določanje, kako elektronegativen je določen element. (Ta lestvica je dobila ime po pokojnem nobelovcu Linusu Paulingu.) Višja kot je vrednost, več željan atoma je, da privabi elektrone k sebi v scenarijih, ki omogočajo možnost kovalentnosti vezanje.

Najvišje uvrščeni element na tej lestvici je fluor, ki mu je dodeljena vrednost 4,0. Najnižje uvrščeni so relativno nejasna elementa cezij in francij, ki se prijavita pri 0,7. Med elementi z velikimi se pojavljajo "neenakomerne" ali polarne kovalentne vezi razlike; v teh primerih so skupni elektroni bližje enemu atomu kot drugemu. Če se dva atoma elementa povežeta med seboj, kot pri O₂ molekule, so atomi po elektronegativnosti očitno enaki, elektroni pa ležijo enako daleč od vsakega jedra. To je nepolarna vez.

Položaj elementa na periodnem sistemu ponuja splošne informacije o njegovi elektronegativnosti. Vrednost elektronegativnosti elementov narašča od leve proti desni kot tudi od spodaj navzgor. Položaj fluora v zgornjem desnem kotu zagotavlja njegovo visoko vrednost.

Tako kot pri atomski fiziki na splošno je tudi o vedenju elektronov in vezi veliko vedenega je sicer eksperimentalno uveljavljen, večinoma teoretičen na ravni posameznih subatomskih delcev. Poskusi za natančno preverjanje, kaj posamezni elektroni počnejo, so tehnična težava, kot tudi izolacija posameznih atomov, ki vsebujejo te elektrone. V poskusih za preizkušanje elektronegativnosti so vrednosti tradicionalno izhajale iz povprečja vrednosti velikega števila posameznih atomov.

Leta 2017 so raziskovalci lahko uporabili tehniko, imenovano elektronska mikroskopija sile, da bi preučili posamezne atome na površini silicija in izmerili njihove vrednosti elektronegativnosti. To so storili z oceno veznosti silicija s kisikom, ko sta bila elementa postavljena na različni razdalji. Ko se bo tehnologija v fiziki še naprej izboljševala, bo človeško znanje o elektronegativnosti še naprej cvetelo.