ELEKTRONEGATIVITÄT: SKALEN, VARIATION, NÜTZLICHKEIT UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die Elektronegativität ist eine periodische Eigenschaft in Bezug auf die Fähigkeit eines Atoms, die Elektronendichte seiner molekularen Umgebung anzuziehen. Es ist die Tendenz eines Atoms, Elektronen anzuziehen, wenn es an ein Molekül gebunden ist. Dies spiegelt sich im Verhalten vieler Verbindungen und in ihrer intermolekularen Wechselwirkung wider.

Nicht alle Elemente ziehen Elektronen benachbarter Atome in gleichem Maße an. Im Fall von denen, die leicht die Elektronendichte aufgeben, werden sie als elektropositiv bezeichnet, während diejenigen, die sich mit Elektronen "bedecken", elektronegativ sind. Es gibt viele Möglichkeiten, diese Eigenschaft (oder dieses Konzept) zu erklären und zu beobachten.

Quelle: Wikipedia Commons.

Beispielsweise wird in den elektrostatischen Potentialkarten für ein Molekül (wie das für Chlordioxid im obigen Bild ClO ₂ ) der Effekt unterschiedlicher Elektronegativitäten für die Chlor- und Sauerstoffatome beobachtet.

Die rote Farbe zeigt die elektronenreichen Bereiche des Moleküls an, δ-, und die blaue Farbe zeigt diejenigen an, die elektronenarm sind, δ +. Somit kann nach einer Reihe von Berechnungsberechnungen dieser Kartentyp erstellt werden; Viele von ihnen zeigen eine direkte Beziehung zwischen dem Ort der elektronegativen Atome und δ-.

Es kann auch wie folgt visualisiert werden: Innerhalb eines Moleküls tritt der Elektronentransit eher in der Nähe der elektronegativsten Atome auf. Aus diesem Grund sind für ClO ₂ die Sauerstoffatome (die roten Kugeln) von einer roten Wolke umgeben, während das Chloratom (die grüne Kugel) eine bläuliche Wolke ist.

Die Definition der Elektronegativität hängt von der Herangehensweise an das Phänomen ab. Es gibt verschiedene Skalen, die dies unter bestimmten Gesichtspunkten berücksichtigen. Allen Skalen ist jedoch gemeinsam, dass sie durch die Eigenart der Atome unterstützt werden.

Elektronegativitätsskalen

Die Elektronegativität ist keine quantifizierbare Eigenschaft und hat auch keine absoluten Werte. Warum? Weil die Tendenz eines Atoms, die Elektronendichte anzulocken, nicht bei allen Verbindungen gleich ist. Mit anderen Worten: Die Elektronegativität variiert je nach Molekül.

Wenn für das ClO ₂ -Molekül das Cl-Atom gegen das N-Atom ausgetauscht würde, würde sich auch die Tendenz von O ändern, Elektronen anzuziehen; es könnte zunehmen (die Wolke röter machen) oder abnehmen (Farbe verlieren). Der Unterschied würde in der neu gebildeten NO-Bindung liegen, die somit das ONO-Molekül (Stickstoffdioxid, NO ₂ ) aufweist.

Da die Elektronegativität eines Atoms nicht für alle molekularen Umgebungen gleich ist, muss es anhand anderer Variablen definiert werden. Auf diese Weise haben wir Werte, die als Referenz dienen und die es beispielsweise ermöglichen, die Art der gebildeten Bindung (ionisch oder kovalent) vorherzusagen.

Pauling-Skala

Der große Wissenschaftler und Gewinner von zwei Nobelpreisen, Linus Pauling, schlug 1932 eine quantitative (messbare) Form des als Pauling-Skala bekannten Elektronegativs vor. Darin war die Elektronegativität von zwei Elementen, A und B, die Bindungen bilden, mit der zusätzlichen Energie verbunden, die mit dem ionischen Charakter der Bindung AB verbunden ist.

Wie ist das? Theoretisch sind kovalente Bindungen am stabilsten, da die Verteilung ihrer Elektronen zwischen zwei Atomen gerecht ist; das heißt, für die Moleküle AA und BB teilen beide Atome das Elektronenpaar der Bindung auf die gleiche Weise. Wenn A jedoch elektronegativer ist, ist dieses Paar mehr von A als von B.

In diesem Fall ist AB nicht mehr vollständig kovalent, obwohl, wenn sich seine Elektronegativitäten nicht stark unterscheiden, gesagt werden kann, dass seine Bindung einen hohen kovalenten Charakter hat. Wenn dies geschieht, erfährt die Bindung eine kleine Instabilität und gewinnt zusätzliche Energie als Produkt des Elektronegativitätsunterschieds zwischen A und B.

Je größer dieser Unterschied ist, desto größer ist die Energie der AB-Bindung und folglich desto größer der ionische Charakter dieser Bindung.

Diese Skala stellt die in der Chemie am häufigsten verwendete dar, und die Elektronegativitätswerte ergaben sich aus der Zuweisung eines Wertes von 4 für das Fluoratom. Von dort konnten sie die der anderen Elemente berechnen.

Mulliken-Skala

Während die Pauling-Skala mit der mit den Bindungen verbundenen Energie zu tun hat, hängt die Robert Mulliken-Skala eher mit zwei anderen periodischen Eigenschaften zusammen: Ionisierungsenergie (EI) und Elektronenaffinität (AE).

Daher ist ein Element mit hohen EI- und AE-Werten sehr elektronegativ und zieht daher Elektronen aus seiner molekularen Umgebung an.

Warum? Weil EI widerspiegelt, wie schwierig es ist, ein externes Elektron daraus zu "reißen", und AE, wie stabil das gebildete Anion in der Gasphase ist. Wenn beide Eigenschaften große Größen haben, ist das Element ein "Liebhaber" von Elektronen.

Die Mulliken-Elektronegativitäten werden nach folgender Formel berechnet:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Das heißt, χ _M ist gleich dem Durchschnittswert von EI und AE.

Im Gegensatz zur Pauling-Skala, die davon abhängt, welche Atome Bindungen bilden, hängt sie jedoch mit den Eigenschaften des Valenzzustands (mit seinen stabilsten elektronischen Konfigurationen) zusammen.

Beide Skalen erzeugen ähnliche Elektronegativitätswerte für die Elemente und hängen ungefähr mit der folgenden Rekonversion zusammen:

Χ _P = 1,35 (Χ _M ) ^1/2 - 1,37

Sowohl X _M als auch X _P sind dimensionslose Werte; das heißt, ihnen fehlen Einheiten.

AL Allred und E. Rochow Skala

Es gibt andere Elektronegativitätsskalen wie die Sanderson- und Allen-Skalen. Die erste, die auf die ersten beiden folgt, ist jedoch die Allred- und Rochow-Skala (χ _AR ). Dieses Mal basiert es auf der effektiven Kernladung, die ein Elektron auf der Oberfläche der Atome erfährt. Daher steht es in direktem Zusammenhang mit der Anziehungskraft des Kerns und dem Bildschirmeffekt.

Wie variiert die Elektronegativität im Periodensystem?

Quelle: Bartux bei nl.wikipedia.

Unabhängig von Ihren Skalen oder Werten steigt die Elektronegativität für einen bestimmten Zeitraum von rechts nach links und in Gruppen von unten nach oben. Somit nimmt es in Richtung der oberen rechten Diagonale zu (ohne Helium), bis es auf Fluor trifft.

Im Bild oben sehen Sie, was gerade gesagt wurde. Im Periodensystem werden die Pauling-Elektronegativitäten als Funktion der Farben der Zellen ausgedrückt. Da Fluor am elektronegativsten ist, hat es eine deutlichere violette Farbe, während die am wenigsten elektronegativen (oder elektropositiven) dunkleren Farben.

Ebenso kann beobachtet werden, dass die Köpfe von Gruppen (H, Be, B, C usw.) hellere Farben haben und dass die anderen Elemente dunkler werden, wenn man durch die Gruppe absteigt. Um was geht es hierbei? Die Antwort liegt wiederum sowohl in den Eigenschaften EI, AE, Zef (effektive Kernladung) als auch im Atomradius.

Das Atom im Molekül

Die einzelnen Atome haben eine reale Kernladung Z und die externen Elektronen leiden unter einer wirksamen Kernladung durch den Abschirmeffekt.

Während es sich über einen Zeitraum bewegt, nimmt Zef so zu, dass sich das Atom zusammenzieht; Das heißt, die Atomradien werden über einen Zeitraum reduziert.

Dies hat zur Folge, dass die Elektronen, wenn ein Atom an ein anderes gebunden ist, zum Atom mit dem höchsten Zef „fließen“. Dies verleiht der Bindung auch einen ionischen Charakter, wenn die Elektronen deutlich zu einem Atom tendieren. Wenn dies nicht der Fall ist, sprechen wir von einer überwiegend kovalenten Bindung.

Aus diesem Grund variiert die Elektronegativität gemäß den Atomradien Zef, die wiederum eng mit EI und AE verwandt sind. Alles ist eine Kette.

Wofür ist das?

Wofür ist Elektronegativität? Im Prinzip, um festzustellen, ob eine binäre Verbindung kovalent oder ionisch ist. Wenn der Elektronegativitätsunterschied sehr hoch ist (mit einer Geschwindigkeit von 1,7 Einheiten oder mehr), wird die Verbindung als ionisch bezeichnet. Es ist auch nützlich, um in einer Struktur zu erkennen, welche Regionen möglicherweise elektronenreicher sind.

Von hier aus kann vorhergesagt werden, welchen Mechanismus oder welche Reaktion die Verbindung eingehen kann. In elektronenarmen Regionen können δ + negativ geladene Spezies auf eine bestimmte Weise wirken; und in elektronenreichen Regionen können ihre Atome auf sehr spezifische Weise mit anderen Molekülen interagieren (Dipol-Dipol-Wechselwirkungen).

Beispiele (Chlor, Sauerstoff, Natrium, Fluor)

Was sind die Elektronegativitätswerte für Chlor-, Sauerstoff-, Natrium- und Fluoratome? Wer ist nach Fluor am elektronegativsten? Unter Verwendung des Periodensystems wird beobachtet, dass Natrium eine dunkelviolette Farbe hat, während die Farben für Sauerstoff und Chlor optisch sehr ähnlich sind.

Die Elektronegativitätswerte für die Skalen Pauling, Mulliken und Allred-Rochow sind:

Na (0,93, 1,21, 1,01).

Oder (3,44, 3,22, 3,50).

Cl (3,16, 3,54, 2,83).

F (3,98, 4,43, 4,10).

Beachten Sie, dass bei den numerischen Werten ein Unterschied zwischen den Negativitäten von Sauerstoff und Chlor beobachtet wird.

Nach der Mulliken-Skala ist Chlor im Gegensatz zu den Pauling- und Allred-Rochow-Skalen elektronegativer als Sauerstoff. Der Elektronegativitätsunterschied zwischen den beiden Elementen wird anhand der Allred-Rochow-Skala noch deutlicher. Und schließlich ist Fluor unabhängig von der gewählten Skala am elektronegativsten.

Wenn sich in einem Molekül ein F-Atom befindet, bedeutet dies, dass die Bindung einen hohen ionischen Charakter hat.

Verweise

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