PAULING SKALA: ELEKTRONEGATIVITET OG ENERGIFORSKEL - KEMI - 2025

Den Pauling skala er en arbitrær skala, der anvendes i kemi til at udtrykke elektronegativitet elementer. Dette defineres som tendensen hos et bestemt atom til at tiltrække elektroner, når det kombineres med et andet atom.

I denne forstand har elementer med høj elektronegativitet en tendens til let at få elektroner. Dette er ikke-metaller, mens det for deres del er mindre elektronegative elementer som metaller, det er lettere at opgive elektroner.

Figur 1. Pauling skala. Kilde: Wikimedia Commons.

Derfor kender man et elements elektronegativitet, har man en idé om den type binding, som det er i stand til at danne, når det kombineres med et andet. Vi ser dette med et numerisk eksempel senere.

Med denne information kan mange af de egenskaber, som en forbindelse har, forudsiges, noget meget nyttigt i eksperimentel kemi og til materialevidenskab, hvor der konstant oprettes nye forbindelser.

Det er dog praktisk at præcisere, at til trods for hvor vigtigt det er, er der ingen enkelt måde at bestemme elektronegativitet på; Pauling-skalaen er kun en af ​​de forskellige måder, der foreslås for at finde den, skønt den er en af ​​de mest anvendte.

Faktisk er Paulings en vilkårlig skala, i hvilken der tildeles en numerisk værdi til hvert element i den periodiske tabel, hvilket afspejler dets elektronegativitet. Vi ser det i figur 1, hvor vi har elektronegativiteten for hvert element, som tildelt af den to-tiders nobelprisvinder Linus Pauling (1901-1994) omkring 1939.

Elementernes elektronegativitet

Pauling fandt sammen med Don M. Yost elektronegativitetsværdierne empirisk gennem eksperimentelle data opnået ved måling af bindingsenergier.

Pauling tildelte elementet fluor - over og til højre for tabellen i figur 1 - den højeste elektronegativitet med tallet 4.0. Så når fluor danner bindinger, udviser det den højeste tendens til at tiltrække elektroner af alle elementer.

For det andet er ilt med 3,5 og tredje er nitrogen med 3,0. Begge er placeret øverst og til højre for bordet.

På den anden side i det modsatte ende er det mindst elektronegative element cæsium, hvis symbol er Cs, placeret til venstre for bordet, som Pauling tildelte tallet 0,7.

Elektronegativitet i den periodiske tabel

Generelt set, og som det kan ses i figur 1, øges elektronegativitet - og ioniseringsenergi - fra venstre mod højre i den periodiske tabel. Den overordnede tendens indikerer også et fald, når man bevæger sig op og ned.

Derfor vil vi have de mest elektronegative elementer i øverste højre hjørne af bordet: fluor, ilt, klor, nitrogen. Den mindst elektronegative - eller den mest elektropositive, hvis du foretrækker - findes til venstre: lithium, natrium, kalium og de andre elementer i gruppe 1 - kolonnen yderste venstre, svarende til alkali- og jordalkalimetaller.

I hver søjle formindskes elektronegativiteten, efterhånden som elementets atomantal øges, bortset fra overgangsmetaller i midten, som ikke følger denne tendens.

Et vigtigt punkt at bemærke er, at elektronegativitet er relativ, det er ikke en ufravigelig egenskab for hvert element, og det måles kun i forhold til andre elementers. Det afhænger meget af oxidationstilstanden, så det samme element kan udvise forskellig elektronegativitet, afhængigt af typen af ​​forbindelse det danner.

Bindende energiforskel

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

I kemi er en binding den måde, atomer, ens eller forskellige, går sammen for at danne molekyler. Der vises kræfter mellem atomerne, der holder dem sammen på en stabil måde.

Der er flere typer link, men her overvejes to:

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

-Jonisk, hyppigt mellem atomer med forskellige elektronegativiteter, hvor elektrostatisk tiltrækning er fremherskende.

Antag, at to elementer A og B kan danne molekyler med hinanden, betegnet AA og BB. Og de er også i stand til at slutte sig sammen og danne en AB-forbindelse, gennem en slags binding.

Takket være intermolekylære kræfts deltagelse er der energi i båndet. F.eks. Er energien i obligation AA E _AA, i obligation BB er den EBB og til sidst i sammensat AB er den E _AB.

Hvis AB-molekylet blev dannet af en kovalent binding, er teoretisk bindingsenergien gennemsnittet af energiene E _AA og E _BB:

E _AB = ½ (E _AA + E _BB)

Pauling beregnet E _AB for forskellige forbindelser, målte det eksperimentelt og bestemte forskellen mellem de to værdier, som han benævnte Δ:

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

Pauling begrundede sådan: Hvis Δ er meget tæt på 0, betyder det, at elektronegativiteterne for begge elementer er ens, og bindingen, der forbinder dem, er kovalent. Men hvis Δ ikke er lille, er bindingen mellem A og B ikke ren kovalent.

Jo større den absolutte værdi af Δ er, jo større er forskellen mellem elektronegativiteten af ​​elementerne A og B, og derfor vil bindingen, der forbinder dem, være af den ioniske type. Senere finder læseren et eksempel, hvor det ved beregning af Δ det er muligt at bestemme bindingen af ​​en forbindelse.

Ligninger til elektronegativitet

Antaget, at forskellen i energier er det signal, der adskiller bindingenes karakter, udførte Pauling mange eksperimenter, der førte ham til at skabe et empirisk udtryk for de relative elektronegativiteter af to elementer A og B, der danner et molekyle.

Ved at betegne denne elektronegativitet som χ (græsk bogstav "chi") definerede Pauling Δ som følger:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Bemærk, at Δ er en positiv mængde. Faktoren f = 0,102, der vises ved at multiplicere kvadratroten af ​​Δ, er konverteringsfaktoren mellem kJ (kilojoules) og eV (elektronvolt), begge energienheder.

Hvis der i stedet anvendes kilokalorier og elektron volt, udtrykkes forskellen i elektronegativiteter med en lignende formel, men med f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√Δ

Pauling begyndte med at tildele brint en værdi af 2,1, en tidligere værdi opnået af kemiker Robert Mulliken. Han valgte dette element som udgangspunkt, fordi det danner kovalente bindinger med mange andre.

Ved hjælp af den forrige ligning fortsatte han med at tildele relative værdier til resten af ​​elementerne. Han indså således, at elektronegativiteten øges, når han bevæger sig fra venstre til højre og fra top til bund i den periodiske tabel, som beskrevet i det foregående afsnit.

Eksempel

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

- N: Χ = 4,0

- J: Χ = 1,5

- Y: Χ = 0,9

- M: Χ = 1,6

Blandt følgende forbindelser dannet med dem:

YJ, YN, MN og JM

Angiv den med den højeste ioniske karakter og den, hvis natur er kovalent. Angiv grundene til dit svar.

Løsning

I henhold til kriterierne fastlagt af Pauling vil forbindelsen med den højeste ioniske karakter være den med den største forskel mellem elektronegativiteter og derfor en større værdi på Δ. For den del er forbindelsen med den laveste energiforskel den med en kovalent binding.

Derefter beregner vi, hvor meget Δ er værd for hver forbindelse, som følger:

Sammensat YJ

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Sammensat YN

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Sammensat MN

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

Sammensat JM

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Fra de ovennævnte resultater er det klart, at den ioniske forbindelse er YN, hvis 9 = 9,61, medens den kovalente forbindelse er JM, med Δ = 0,01.

Referencer

1. Kemi Libretexts. Pauling Elektronegativitet. Gendannes fra: chem.libretexts.org.
2. IUPAC Guldbog. Elektronegativitet. Gendannet fra: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. Den misforståede elektronegativitet. Gendannet fra: scielo.org.
4. Videnskabelige tekster. Elektronegativitet. Gendannes fra: Textscientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. Kemi. 9th. Ed. Brooks / Cole. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Kovalent binding. Gendannet fra: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Ionisk binding. Gendannet fra: es.wikipedia.org.