СКАЛАТА НА ПАУЛИНГ: ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНОСТ И ЕНЕРГИЙНА РАЗЛИКА - ХИМИЯ - 2025

В Полинг скалата е произволна скала, използвана в областта на химията за изразяване на електроотрицателност елементи. Това се определя като тенденцията на определен атом да привлича електрони, когато се комбинира с друг атом.

В този смисъл елементите с висока електронегативност са склонни лесно да спечелят електрони. Това са неметалите, докато от своя страна, по-малко електроотрицателни елементи като металите, е по-лесно да се откажат от електроните.

Фигура 1. Скала на Полинг. Източник: Wikimedia Commons.

Следователно, знаейки електронегативността на даден елемент, човек има представа за вида на връзката, която той е способен да образува, когато се комбинира с друг. Ще видим това с числов пример по-късно.

С тази информация могат да се предвидят много от свойствата, които дадено съединение ще има, което е много полезно в експерименталната химия и в материалознанието, където непрекъснато се създават нови съединения.

Удобно е обаче да се изясни, че независимо колко е важно, няма единствен начин за определяне на електронегативността; Скалата на Полинг е само един от различните начини, предложени за намирането му, въпреки че е един от най-използваните.

Всъщност Полинг е произволна скала, в която на всеки елемент от периодичната таблица е присвоена цифрова стойност, която отразява неговата електронегативност. Виждаме го на фигура 1, където имаме електроотрицателност на всеки елемент, както е определено от двукратния нобелов лауреат Линус Полинг (1901-1994) около 1939г.

Електроотрицателността на елементите

Полинг, заедно с Дон М. Йост, откриват стойностите на електроотрицателността емпирично чрез експериментални данни, получени чрез измерване на енергиите на връзката.

Pauling присвоява елемента флуор - отгоре и вдясно от таблицата на фигура 1 - най-високата електроотрицателност, с числото 4.0. Така че, когато флуорът образува връзки, той проявява най-високата тенденция да привлича електрони от всички елементи.

На второ място е кислородът с 3,5, а на трето е азотът с 3,0. И двете са разположени отгоре и вдясно от масата.

От друга страна, в противоположния край, най-малкото електроотрицателен елемент е цезият, чийто символ е Cs, разположен вляво от таблицата, на който Полинг присвои числото 0.7.

Електроотрицателност в периодичната таблица

Като цяло и както може да се види на фигура 1, електроотрицателността - и йонизационната енергия - се увеличава отляво надясно в периодичната таблица. Общата тенденция също показва спад при движение нагоре и надолу.

Затова в горния десен ъгъл на таблицата ще имаме най-много електроотрицателни елементи: флуор, кислород, хлор, азот. Най-малкото електроотрицателно - или най-електропозитивното, ако предпочитате - ще се намери отляво: литий, натрий, калий и останалите елементи от група 1 - колоната в крайната лява част, съответстваща на алкалните и алкалоземните метали.

Във всяка колона електронегативността намалява с увеличаване на атомния номер на елемента, с изключение на преходните метали в центъра, които не следват тази тенденция.

Важен момент, който трябва да се отбележи е, че електроотрицателността е относителна, тя не е неизменно свойство на всеки елемент и се измерва само по отношение на тази на други елементи. Много зависи от окислителното състояние, така че един и същ елемент може да проявява различна електроотрицателност, в зависимост от вида на съединението, което образува.

Обвързваща разлика в енергията

Фигура 2. Американският химик Линус Полинг през 1955 г. Източник: Wikimedia Commons.

В химията връзка е начинът, по който атомите, еднакви или различни, се съединяват, за да образуват молекули. Силите се появяват между атомите, които ги държат заедно по стабилен начин.

Има няколко вида връзка, но тук се разглеждат два:

-Ковалент, при който атомите на сходни електроотрицателности споделят двойка електрони.

-Ионно, често между атоми с различни електронегативи, в които преобладава електростатичното привличане.

Да предположим, че два елемента А и В могат да образуват молекули помежду си, обозначени АА и ВВ. И те също са способни да се присъединят, за да образуват AB съединение, всичко това чрез някаква връзка.

Благодарение на участието на междумолекулни сили, в връзката има енергия. Например енергията в връзка AA е E _AA, в връзка BB е EBB и накрая в съединение AB е E _AB.

Ако молекулата AB се образува от ковалентна връзка, теоретично енергията на връзката е средната стойност на енергиите E _AA и E _BB:

E _AB = ½ (E _AA + E _BB)

Pauling изчислява E _AB за различни съединения, измерва го експериментално и определя разликата между двете стойности, които той нарече Δ:

Δ = - (E _AB) измерено - (E _AB) теоретично- = - (E _AB) измерено - ½ (E _AA + E _BB) -

Pauling разсъждава така: ако Δ е много близко до 0, това означава, че електроотрицателността на двата елемента е сходна и връзката, която се присъединява към тях, е ковалентна. Но ако Δ не е малък, тогава връзката между A и B не е чиста ковалентна.

Колкото по-голяма е абсолютната стойност на Δ, толкова по-голяма е разликата между електроотрицателността на елементите А и В и следователно връзката, която ги съединява, ще бъде от йонния тип. По-късно читателят ще намери пример, в който чрез изчисляване на Δ е възможно да определи вида на връзката на съединението.

Уравнения за електроотрицателност

Ако приемем, че разликата в енергиите е сигналът, който отличава естеството на връзката, Полинг проведе много експерименти, които го накараха да създаде емпиричен израз за относителните електронегативи на два елемента А и В, които съставляват молекула.

Определяйки тази електроотрицателност като χ (гръцка буква "чи"), Полинг определя Δ, както следва:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0.102√Δ

Обърнете внимание, че Δ е положително количество. Коефициентът f = 0.102, който се появява чрез умножаване на квадратния корен на Δ, е коефициентът на преобразуване между kJ (килоджули) и eV (електрон-волт), и двете енергийни единици.

Ако вместо това се използват килокалории и електрон-волтове, разликата в електроотрицателностите се изразява с подобна формула, но с f = 0.208:

χ (A) - χ (B) = 0.208√Δ

Полинг започва с присвояване на водород на стойност 2,1, предишна стойност, получена от химика Робърт Мъликен. Той избра този елемент за своя отправна точка, защото той формира ковалентни връзки с много други.

Използвайки предишното уравнение, той продължи да присвоява относителни стойности на останалите елементи. Така той осъзна, че електронегативността се увеличава при движение отляво надясно и отгоре надолу в периодичната таблица, както е описано в предишния раздел.

пример

По-долу е даден списък на елементите: N, J, Y и M и съответните им електроотрицателности Χ според скалата на Полинг:

- N: Χ = 4.0

- J: Χ = 1,5

- Y: Χ = 0,9

- M: Χ = 1.6

Сред следните съединения, образувани с тях:

YJ, YN, MN и JM

Посочете този с най-висок йонен характер и този, чиято природа е ковалентна. Дайте мотиви за отговора си.

Решение

Според критериите, установени от Полинг, съединението с най-висок йонен характер ще бъде това с най-голямата разлика между електроотрицателностите и следователно с по-голяма стойност на Δ. От своя страна, съединението с най-ниска енергийна разлика е това с ковалентна връзка.

Тогава ще изчислим колко струва Δ за всяко съединение, както следва:

Композитен YJ

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Композитен YN

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Композитен MN

Δ = ² = (1.6 - 4.0) ² = 5.76

Композитен JM

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

От горните резултати става ясно, че йонното съединение е YN, чието Δ = 9.61, докато ковалентното съединение е JM, с Δ = 0.01.

Препратки

1. Химия Libretexts. Електроотрицателност на Pauling. Възстановено от: chem.libretexts.org.
2. Златна книга IUPAC Електроотрицателност. Възстановено от: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. Неразбраната електронегативност. Възстановено от: scielo.org.
4. Научни текстове. Електроотрицателност. Възстановено от: текстови научни данни.com.
5. Whitten, K. 2010. Химия. 9-ти. Ед Брукс / Коул. Учене в Cengage.
6. Wikipedia. Ковалентна връзка. Възстановено от: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Йонна връзка. Възстановено от: es.wikipedia.org.