Forklaring av begrepet elektronegativitet

Innhold

• Atomets struktur
• Grunnleggende om kjemisk liming
• Kjemiske obligasjoner og elektronegativitet
• Elektronegativitetsverdier og det periodiske systemet
• Videre arbeid: Overflateatomer

Elektronegativitet er et konsept i molekylær kjemi som beskriver en atoms evne til å tiltrekke elektroner til seg selv. Jo høyere den numeriske verdien av en gitt atoms elektronegativitet, desto kraftigere trekker den negativt ladede elektroner mot den positivt ladede kjernen av protoner og (unntatt hydrogen) nøytroner.

Fordi atomer ikke eksisterer isolert og i stedet danner molekylære forbindelser ved å kombinere med andre atomer, er begrepet elektronegativitet viktig fordi det bestemmer arten av bindinger mellom atomer. Atomer går sammen med andre atomer gjennom en prosess med deling av elektroner, men dette kan virkelig sees på som et ikke-løsbart spill med dragkamp: Atomene holder seg bundet fordi, selv om ingen av atomene "vinner", deres essensielle gjensidige tiltrekningskraft holder de delte elektronene sine zoomende rundt et ganske godt definert punkt mellom dem.

Atomets struktur

Atomer består av protoner og nøytroner, som utgjør atomenes sentrum eller kjernen, og elektroner, som "går i bane" om kjernen heller som veldig bittesmå planeter eller kometer som hvirvler med galskapshastigheter rundt en liten sol. En proton har en positiv ladning på 1,6 x 10^-19 coulombs, eller C, mens elektronene har en negativ ladning i samme størrelsesorden. Atomer har vanligvis samme antall protoner og elektroner, noe som gjør dem elektrisk nøytrale. Atomer har normalt omtrent like mange protoner og nøytroner.

En bestemt type eller rekke atom, kalt et element, er definert av antall protoner den har, kalt atomnummeret til dette elementet.Hydrogen, med et atomnummer på 1, har ett proton; uran, som har 92 protoner, er tilsvarende nummer 92 på det periodiske systemet for elementene (se Ressursene for et eksempel på en interaktiv periodisk tabell).

Når et atom gjennomgår en endring i antall protoner, er det ikke lenger det samme elementet. Når et atom får eller mister nøytroner, forblir det derimot det samme elementet, men er et isotop av den originale, mest kjemisk stabile formen. Når et atomer får eller mister elektroner, men ellers forblir det samme, kalles det et ion.

Elektroner, som er på de fysiske kantene av disse mikroskopiske arrangementene, er komponentene i atomer som deltar i binding med andre atomer.

Grunnleggende om kjemisk liming

At atomkjernene er positivt ladet mens elektronene som pleier rundt på atomenes fysiske utkanter er negativt ladet, avgjør hvordan individuelle atomer samvirker med hverandre. Når to atomer er veldig nær hverandre, frastøter de hverandre uansett hvilke elementer de representerer, fordi deres respektive elektroner "møter" hverandre først, og negative ladninger presser mot andre negative ladninger. Deres respektive kjerner, selv om de ikke er like nær hverandre som elektronene, frastøter også hverandre. Når atomer ligger i tilstrekkelig avstand fra hverandre, har de imidlertid en tendens til å tiltrekke hverandre. (Joner, som du snart ser, er et unntak; to positivt ladede ioner vil alltid frastøte hverandre, og det for negativt ladede ionepar.) Dette innebærer at de attraktive og avvisende kreftene balanserer, og atomer på en viss likevektsavstand. vil forbli på denne avstand fra hverandre med mindre de blir forstyrret av andre krefter.

Den potensielle energien i et atomatompar defineres som negativ hvis atomene tiltrekkes av hverandre og positive hvis atomene står fritt til å bevege seg fra hverandre. Ved likevektsavstanden er den potensielle energien mellom atomet den laveste (dvs. mest negative) verdien. Dette kalles bindingsenergien til det aktuelle atom.

Kjemiske obligasjoner og elektronegativitet

En rekke typer atombindinger pepper landskapet i molekylær kjemi. De viktigste for nåværende formål er ioniske bindinger og kovalente bindinger.

Se den forrige diskusjonen om atomer som har en tendens til å frastøte hverandre på nært hold primært på grunn av samspillet mellom elektronene deres. Det ble også bemerket at lignende ladede ioner frastøter hverandre uansett hva. Hvis et par ioner har motsatte ladninger, derimot - det vil si at ett atom har mistet et elektron for å anta ladning på +1 mens et annet har fått et elektron for å ta ladning på -1 - blir de to atomene veldig sterkt tiltrukket av hver annen. Nettoladningen på hvert atom utsletter uansett hvilken avstøtende virkning elektronene deres kan ha, og atomene har en tendens til å binde seg sammen. Fordi disse bindingene er mellom ioner, kalles de ioniske bindinger. Bordsalt, bestående av natriumklorid (NaCl) og som er et resultat av en positivt ladet natriumatombinding til et negativt ladet kloratom for å danne et elektrisk nøytralt molekyl, eksemplifiserer denne type binding.

Kovalente bindinger er resultatet av de samme prinsippene, men disse obligasjonene er ikke like sterke på grunn av tilstedeværelsen av noe mer balanserte konkurrerende krefter. For eksempel vann (H₂O) har to kovalente hydrogen-oksygenbindinger. Årsaken til at disse bindingene dannes er hovedsakelig fordi at de ytre elektronbanene til atomene "vil" fylle seg med et visst antall elektroner. Dette antallet varierer mellom elementer, og det å dele elektroner med andre atomer er en måte å oppnå dette selv når det betyr å overvinne beskjedne avstøtende effekter. Molekyler som inkluderer kovalente bindinger kan være polare, noe som betyr at selv om deres nettoladning er null, har deler av molekylet en positiv ladning som blir balansert av negative ladninger andre steder.

Elektronegativitetsverdier og det periodiske systemet

Pauling-skalaen brukes til å bestemme hvor elektronegativt et gitt element er. (Denne skalaen har sitt navn fra den avdøde nobelprisvinnende forskeren Linus Pauling.) Jo høyere verdi, desto mer ivrig et atom er å tiltrekke seg elektroner mot seg selv i scenarier som gir mulighet til kovalent binding.

Det høyest rangerte elementet på denne skalaen er fluor, som tildeles en verdi på 4,0. Lavest rangerte er de relativt obskure elementene cesium og francium, som sjekker inn på 0,7. "Ujevn," eller polare, kovalente bindinger oppstår mellom elementer med store forskjeller; i disse tilfellene ligger de delte elektronene nærmere det ene atomet enn det andre. Hvis to atomer i et element binder seg til hverandre, som med en O₂ molekyl, atomene er åpenbart like i elektronegativitet, og elektronene ligger like langt fra hver kjerne. Dette er en ikke-polær binding.

Posisjonen til et element på det periodiske systemet gir generell informasjon om dets elektronegativitet. Verdien av elementene elektronegativitet øker fra venstre til høyre såvel som fra bunn til topp. Fluor-posisjon nær høyre hjørne sikrer den høye verdien.

Videre arbeid: Overflateatomer

Som med atomfysikk generelt, er mye av det som er kjent om atferden til elektron og binding, mens eksperimentelt etablert, stort sett teoretisk på nivået med individuelle subatomiske partikler. Eksperimenter for å verifisere nøyaktig hva de enkelte elektronene gjør er et teknisk problem, og det samme er å isolere de enkelte atomene som inneholder disse elektronene. I eksperimenter for å teste elektronegativitet er verdiene tradisjonelt blitt avledet fra, nødvendigvis, i gjennomsnitt verdiene til mange individuelle atomer.

I 2017 kunne forskere bruke en teknikk kalt elektronisk kraftmikroskopi for å undersøke individuelle atomer på overflaten av silisium og måle deres elektronegativitetsverdier. De gjorde dette ved å vurdere bindingsatferden til silisium med oksygen da de to elementene ble plassert i forskjellige avstander fra hverandre. Når teknologien fortsetter å forbedre seg i fysikken, vil menneskelig kunnskap om elektronegativitet blomstre ytterligere.