PAULING SKALA: ELEKTRONEGATIVITET OG ENERGIFORSKJELL - KJEMI - 2025

Den Pauling skalaen er en vilkårlig skala som brukes i kjemien for å uttrykke elektronegativiteten av elementer. Dette er definert som tendensen til et bestemt atom til å tiltrekke seg elektroner når det kombineres med et annet atom.

I denne forstand har elementer med høy elektronegativitet en tendens til å skaffe elektroner lett. Dette er ikke-metaller, mens det for deres del er mindre elektronegative elementer som metaller, det er lettere å gi fra seg elektroner.

Figur 1. Pauling skala. Kilde: Wikimedia Commons.

Derfor kjenner man til et elements elektronegativitet, har man en ide om hvilken type binding det er i stand til å danne når det kombineres med et annet. Dette vil vi se med et numerisk eksempel senere.

Med denne informasjonen kan mange av egenskapene som en forbindelse vil ha, bli forutsagt, noe som er veldig nyttig i eksperimentell kjemi og for materialvitenskap, hvor det kontinuerlig opprettes nye forbindelser.

Det er imidlertid praktisk å tydeliggjøre at til tross for hvor viktig det er, er det ingen enkelt måte å bestemme elektronegativitet på; Pauling-skalaen er bare en av de forskjellige måtene som foreslås å finne den, selv om den er en av de mest brukte.

Faktisk er Paulings en vilkårlig skala der en numerisk verdi tildeles hvert element i den periodiske tabellen, noe som gjenspeiler dets elektronegativitet. Vi ser det i figur 1, der vi har elektronegativiteten til hvert element, som tildelt av den to-tiders nobelprisvinneren Linus Pauling (1901-1994) rundt 1939.

Elementenees elektronegativitet

Pauling fant sammen med Don M. Yost elektronegativitetsverdiene empirisk gjennom eksperimentelle data oppnådd ved måling av bindingsenergier.

Pauling tildelte elementet fluor - over og til høyre for tabellen i figur 1 - den høyeste elektronegativiteten, med tallet 4.0. Så når fluor danner bindinger, viser det den høyeste tendensen til å tiltrekke seg elektroner av alle elementer.

For det andre er oksygen med 3,5 og tredje er nitrogen med 3,0. Begge er plassert øverst og til høyre for bordet.

På den annen side, i motsatt ende, er det minst elektronegative elementet cesium, hvis symbol er Cs, som ligger til venstre for bordet, som Pauling tildelte tallet 0.7.

Elektronegativitet i den periodiske tabellen

Generelt sett, og som det fremgår av figur 1, øker elektronegativiteten - og ioniseringsenergi - fra venstre mot høyre i den periodiske tabellen. Den generelle trenden indikerer også en nedgang når du beveger deg opp og ned.

Derfor vil vi ha de mest elektronegative elementene i øvre høyre hjørne av bordet: fluor, oksygen, klor, nitrogen. Det minste elektronegative - eller det mest elektropositive hvis du foretrekker det - vil bli funnet på venstre side: litium, natrium, kalium og de andre elementene i gruppe 1 - kolonnen ytterst til venstre, tilsvarende alkali og jordalkalimetaller.

I hver kolonne avtar elektronegativiteten etter hvert som atomantallet til elementet øker, bortsett fra overgangsmetallene i sentrum, som ikke følger denne trenden.

Et viktig poeng å merke seg er at elektronegativitet er relativ, det er ikke en ufravikelig egenskap for hvert element, og det måles bare i forhold til andre elementers. Det avhenger mye av oksidasjonstilstanden, så det samme elementet kan utvise forskjellig elektronegativitet, avhengig av hvilken type forbindelse det danner.

Bindende energiforskjell

Figur 2. Den amerikanske kjemikeren Linus Pauling i 1955. Kilde: Wikimedia Commons.

I kjemi er en binding måten atomer, de samme eller forskjellige, går sammen for å danne molekyler. Det dukker opp krefter mellom atomene som holder dem sammen på en stabil måte.

Det er flere typer koblinger, men her vurderes to:

-Kovalent, der atomer med lignende elektronegativiteter deler et par elektroner.

-Jonisk, hyppig mellom atomer med forskjellige elektronegativiteter der elektrostatisk tiltrekning råder.

Anta at to elementer A og B kan danne molekyler med hverandre, betegnet AA og BB. Og de er også i stand til å bli med og danne en AB-forbindelse, gjennom en slags binding.

Takket være deltakelsen fra intermolekylære krefter er det energi i bindingen. For eksempel er energien i obligasjon AA E _AA, i obligasjon BB er den EBB og til slutt i sammensatt AB er den E _AB .

Hvis AB-molekylet ble dannet av en kovalent binding, er teoretisk bindingsenergien gjennomsnittet av energiene E _AA og E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

Pauling beregnet E _AB for forskjellige forbindelser, målte den eksperimentelt og bestemte forskjellen mellom de to verdiene, som han kalte Δ:

Δ = - (E _AB ) målt - (E _AB ) teoretisk- = - (E _AB ) målt - ½ (E _AA + E _BB ) -

Pauling resonnerte slik: hvis Δ er veldig nær 0, betyr det at elektronegativitetene til begge elementene er like og bindingen som forbinder dem er kovalent. Men hvis Δ ikke er liten, er ikke bindingen mellom A og B ren kovalent.

Jo større den absolutte verdien av Δ, desto større er forskjellen mellom elektronegativiteten til elementene A og B, og derfor vil bindingen som forbinder dem være av den ioniske typen. Senere vil leseren finne et eksempel der det ved å beregne Δ er det mulig å bestemme bindingsformen til en forbindelse.

Ligninger for elektronegativitet

Forutsatt at forskjellen i energier er signalet som skiller bindingenes natur, gjennomførte Pauling mange eksperimenter som førte til at han skapte et empirisk uttrykk for de relative elektronegativitetene til to elementer A og B som danner et molekyl.

Ved å betegne denne elektronegativiteten som χ (gresk bokstav "chi"), definerte Pauling Δ som følger:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Merk at Δ er en positiv mengde. Faktoren f = 0,102 som vises ved å multiplisere kvadratroten av Δ er konverteringsfaktoren mellom kJ (kilojoules) og eV (elektronvolt), begge energienhetene.

Hvis i stedet brukes kilokalorier og elektron volt, uttrykkes forskjellen i elektronegativiteter med en lignende formel, men med f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√Δ

Pauling begynte med å tildele hydrogen en verdi på 2,1, en tidligere verdi oppnådd av kjemikeren Robert Mulliken. Han valgte dette elementet som utgangspunkt fordi det danner kovalente bindinger med mange andre.

Ved å bruke den forrige ligningen fortsatte han å tildele relative verdier til resten av elementene. Han innså dermed at elektronegativiteten øker når han beveger seg fra venstre til høyre og fra topp til bunn i det periodiske systemet, som beskrevet i forrige avsnitt.

Eksempel

Nedenfor er en liste over elementer: N, J, Y og M og deres respektive elektronegativiteter Χ i henhold til Pauling-skalaen:

- N : Χ = 4,0

- J : Χ = 1,5

- Y : Χ = 0,9

- M : Χ = 1,6

Blant følgende forbindelser dannet med dem:

YJ, YN, MN og JM

Angi den med den høyeste ioniske karakteren og den som har kovalent karakter. Gi grunner til svaret ditt.

Løsning

I henhold til kriteriene fastsatt av Pauling, vil forbindelsen med den høyeste ioniske karakter være den med størst forskjell mellom elektronegativiteter, og derfor en større verdi på Δ. For den del er forbindelsen med lavest energiforskjell den med en kovalent binding.

Deretter vil vi beregne hvor mye Δ er verdt for hver forbindelse, som følger:

Sammensatt YJ

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Sammensatt YN

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Sammensatt MN

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

Sammensatt JM

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Fra de tidligere resultatene kan det utledes at den ioniske forbindelsen er YN, hvis Δ = 9,61, mens den kovalente forbindelsen er JM, med Δ = 0,01.

referanser

1. Kjemi Libretexts. Pauling elektronegativitet. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org.
2. IUPAC gullbok. Elektro. Gjenopprettet fra: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. Den misforståtte elektronegativiteten. Gjenopprettet fra: scielo.org.
4. Vitenskapelige tekster. Elektro. Gjenopprettet fra: textscientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. Kjemi. Niende. Ed. Brooks / Cole. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Kovalent binding. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Ionisk binding. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org.