ШКАЛА ПОЛИНГА: ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ И РАЗНИЦА ЭНЕРГИЙ - ХИМИЯ - 2025

Шкала Полинга - это произвольная шкала, используемая в химии для выражения электроотрицательности элементов. Это определяется как тенденция определенного атома притягивать электроны, когда он соединяется с другим атомом.

В этом смысле элементы с высокой электроотрицательностью легко приобретают электроны. Это неметаллы, в то время как, в свою очередь, менее электроотрицательные элементы, такие как металлы, легче отдавать электроны.

Рисунок 1. Шкала Полинга. Источник: Wikimedia Commons.

Следовательно, зная электроотрицательность элемента, каждый имеет представление о типе связи, которую он способен образовывать при объединении с другим. Позже мы увидим это на числовом примере.

Обладая этой информацией, можно предсказать многие свойства, которыми будет обладать соединение, что очень полезно в экспериментальной химии и для материаловедения, где постоянно создаются новые соединения.

Однако удобно уточнить, что, несмотря на всю важность, единого способа определения электроотрицательности не существует; Шкала Полинга - лишь один из различных способов ее определения, хотя и один из наиболее часто используемых.

Фактически шкала Полинга представляет собой произвольную шкалу, в которой каждому элементу в периодической таблице присваивается числовое значение, которое отражает его электроотрицательность. Мы видим это на рисунке 1, где у нас есть электроотрицательность каждого элемента, определенная двукратным лауреатом Нобелевской премии Линусом Полингом (1901–1994) примерно в 1939 году.

Электроотрицательность элементов

Полинг вместе с Доном М. Йостом нашли значения электроотрицательности эмпирическим путем, используя экспериментальные данные, полученные путем измерения энергии связи.

Полинг присвоил элементу фтору - вверху и справа от таблицы на рисунке 1 - самую высокую электроотрицательность, с номером 4,0. Поэтому, когда фтор образует связи, он проявляет наивысшую тенденцию к притяжению электронов всех элементов.

На втором месте кислород с 3,5 и на третьем азот с 3,0. Оба расположены вверху и справа от стола.

С другой стороны, на противоположном конце наименее электроотрицательным элементом является цезий, символ которого - Cs, расположенный слева от таблицы, которому Полинг присвоил номер 0,7.

Электроотрицательность в периодической таблице

В общих чертах, как видно на рисунке 1, электроотрицательность - и энергия ионизации - возрастает слева направо в периодической таблице. Общая тенденция также указывает на снижение при движении вверх и вниз.

Следовательно, в правом верхнем углу таблицы у нас будут самые электроотрицательные элементы: фтор, кислород, хлор, азот. Наименее электроотрицательные - или, если хотите, наиболее электроположительные - будут находиться слева: литий, натрий, калий и другие элементы группы 1 - столбец в крайнем левом углу, соответствующий щелочным и щелочноземельным металлам.

В каждом столбце электроотрицательность уменьшается с увеличением атомного номера элемента, за исключением переходных металлов в центре, которые не следуют этой тенденции.

Важно отметить, что электроотрицательность относительна, она не является неизменным свойством каждого элемента и измеряется только по отношению к другим элементам. Это во многом зависит от степени окисления, поэтому один и тот же элемент может проявлять разную электроотрицательность в зависимости от типа соединения, которое он образует.

Разница в энергии связывания

Рисунок 2. Американский химик Линус Полинг в 1955 году. Источник: Wikimedia Commons.

В химии связь - это способ, которым атомы, одинаковые или разные, объединяются в молекулы. Между атомами возникают силы, которые стабильно удерживают их вместе.

Есть несколько типов ссылок, но здесь рассматриваются два:

-Ковалентный, в котором атомы с одинаковой электроотрицательностью разделяют пару электронов.

-Ионный, часто встречается между атомами с разной электроотрицательностью, в которых преобладает электростатическое притяжение.

Предположим, что два элемента A и B могут образовывать молекулы друг с другом, обозначенные AA и BB. И они также способны соединяться, образуя соединение AB, посредством какой-то связи.

Благодаря участию межмолекулярных сил в связи есть энергия. Например, энергия в связи AA равна E _AA, в связи BB - EBB и, наконец, в соединении AB - E _AB .

Если молекула AB образована ковалентной связью, теоретически энергия связи представляет собой среднее значение энергий E _AA и E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

Полинг рассчитал E _AB для различных соединений, измерил его экспериментально и определил разницу между двумя значениями, которую он назвал Δ:

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

Полинг рассуждал так: если Δ очень близко к 0, это означает, что электроотрицательности обоих элементов схожи и связь, которая их соединяет, ковалентна. Но если Δ не мало, то связь между A и B не является чистой ковалентной.

Чем больше абсолютное значение Δ, тем больше разница между электроотрицательностью элементов A и B, и поэтому связь, которая их соединяет, будет ионного типа. Позже читатель найдет пример, в котором, вычислив Δ, можно определить тип связи соединения.

Уравнения электроотрицательности

Предполагая, что разница в энергиях является сигналом, который определяет природу связи, Полинг провел множество экспериментов, которые привели его к созданию эмпирического выражения для относительных электроотрицательностей двух элементов A и B, образующих молекулу.

Обозначив эту электроотрицательность как χ (греческая буква «хи»), Полинг определил Δ следующим образом:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Обратите внимание, что Δ - положительная величина. Коэффициент f = 0,102, который получается при умножении квадратного корня из Δ, представляет собой коэффициент преобразования между кДж (килоджоули) и эВ (электрон-вольт), обеими единицами энергии.

Если вместо этого используются килокалории и электрон-вольт, разница в электроотрицательностях выражается аналогичной формулой, но с f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√Δ

Полинг начал с того, что присвоил водороду значение 2,1, предыдущее значение, полученное химиком Робертом Малликеном. Он выбрал этот элемент в качестве отправной точки, потому что он образует ковалентные связи со многими другими.

Используя предыдущее уравнение, он продолжил присваивать относительные значения остальным элементам. Таким образом, он понял, что электроотрицательность увеличивается при движении слева направо и сверху вниз в периодической таблице, как описано в предыдущем разделе.

пример

Ниже приведен список элементов: N, J, Y и M и их соответствующие электроотрицательности Χ по шкале Полинга:

- N : Χ = 4,0

- J : Χ = 1,5

- Y : Χ = 0,9

- М : Χ = 1,6

Среди образующихся с ними следующих соединений:

YJ, YN, MN и JM

Укажите один с наивысшим ионным характером и тот, чья природа ковалентна. Обоснуйте свой ответ.

Решение

Согласно критериям, установленным Полингом, соединение с наивысшим ионным характером будет иметь наибольшую разницу между электроотрицательностями и, следовательно, большее значение Δ. Со своей стороны, соединение с наименьшей разностью энергий - это соединение с ковалентной связью.

Затем мы рассчитаем, сколько стоит Δ для каждого соединения, следующим образом:

Композитный YJ

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Композитный YN

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Композитный МН

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

Композитный JM

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Из предыдущих результатов можно сделать вывод, что ионное соединение - это YN, Δ = 9,61, а ковалентное соединение - это JM, Δ = 0,01.

Ссылки

1. Химия Libretexts. Полинг Электроотрицательность. Получено с: chem.libretexts.org.
2. Золотая книга ИЮПАК. Электроотрицательность. Получено с: goldbook.iupac.org.
3. Салас-Бануэ, Г. Неправильно понятая электроотрицательность. Получено с: scielo.org.
4. Научные тексты. Электроотрицательность. Получено с: textcientificos.com.
5. Уиттен, К. 2010. Химия. Девятый. Ред. Брукс / Коул. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Ковалентная связь. Получено с: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Ионная связь. Получено с: es.wikipedia.org.