סולם פאולינג: אלקטרונגטיביות והבדל אנרגטי - כִּימִיָה - 2025

מידה פאולינג הוא בקנה מידה שרירותי בשימוש בכימיה לבטא את אלקטרושליליות של אלמנטים. זה מוגדר כנטייה של אטום מסוים למשוך אלקטרונים כשהוא משתלב עם אטום אחר.

במובן זה, אלמנטים עם אלקטרונגטיביות גבוהה נוטים להשיג אלקטרונים בקלות. אלה הלא מתכות, ואילו מצדם, פחות אלמנטים אלקטרונגטיביים כמו מתכות, קל יותר לוותר על אלקטרונים.

איור 1. סולם פאולינג. מקור: Wikimedia Commons.

לכן, בידיעת האלקטרוניטיביות של אלמנט, יש לאדם מושג לגבי סוג הקשר שהוא מסוגל ליצור בשילוב עם אחר. נראה זאת עם דוגמא מספרית בהמשך.

בעזרת מידע זה ניתן לחזות רבים מהתכונות שיהיו לתרכובת, דבר שימושי מאוד בכימיה ניסיונית ובמדעי חומרים, שבהם נוצרים ללא הרף תרכובות חדשות.

עם זאת, נוח להבהיר שלמרות כמה שהוא חשוב, אין דרך אחת לקבוע אלקטרונגטיביות; סולם הפאולינג הוא רק אחת מהדרכים השונות המוצעות למצוא אותו, אם כי הוא מהשימוש ביותר.

למעשה, זה של פאולינג הוא סולם שרירותי בו מוקצה ערך מספרי לכל אחד מהרכיבים בטבלה המחזורית, המשקף את האלקטרו-נגטיביות שלו. אנו רואים זאת באיור 1, שם יש לנו את האלקטרוניטיביות של כל אלמנט, כפי שהוקצה על ידי חתן פרס הנובל הפעמיים לינוס פאולינג (1901-1994) בסביבות 1939.

החשמל האלקטרוני של האלמנטים

פאולינג, יחד עם דון מ. יוסט, מצא את ערכי האלקטרוניטיביות באופן אמפירי, באמצעות נתונים ניסויים שהתקבלו על ידי מדידת אנרגיות הקשר.

פאולינג הקצה את האלמנט פלואור - למעלה ומשמאל לטבלה באיור 1 - האלקטרוניטיביות הגבוהה ביותר, עם המספר 4.0. לכן כאשר פלואור יוצר קשרים, הוא מציג את הנטייה הגבוהה ביותר למשוך אלקטרונים מכל האלמנטים.

השני הוא חמצן עם 3.5 והשלישי הוא חנקן עם 3.0. שניהם ממוקמים בחלקו העליון ומשמאל לשולחן.

לעומת זאת, בקיצור ההפוך, האלמנט הפחות אלקטרונגטיבי הוא צזיום, שהסמל שלו הוא Cs, שנמצא משמאל לשולחן, אליו הקצה פאולינג את המספר 0.7.

אלקטרונגטיביות בטבלה המחזורית

באופן כללי, וכפי שניתן לראות באיור 1, האלקטרוניטיביות - ואנרגיה של יינון - עולה משמאל לימין בטבלה המחזורית. המגמה הכוללת מעידה גם על ירידה כאשר נעים למעלה ולמטה.

לכן יהיו לנו האלמנטים האלקטרונגטיביים ביותר בפינה הימנית העליונה של השולחן: פלואור, חמצן, כלור, חנקן. השמאל האלקטרוניטיבי - או האלקטרופוזיטיבי ביותר אם אתה מעדיף - יימצא משמאל: ליתיום, נתרן, אשלגן ושאר היסודות בקבוצה 1 - העמוד בצד שמאל קיצוני, המתאים למתכות האדמה האלקליות והאלקליות.

בכל טור, האלקטרוניטיביות יורדת ככל שהמספר האטומי של היסוד גדל, למעט מתכות המעבר במרכז, שאינן עוקבות אחר מגמה זו.

נקודה חשובה לציין היא כי האלקטרוניטיביות היא יחסית, היא אינה מאפיין בלתי משתנה של כל אחד מהרכיבים, והיא נמדדת רק ביחס לזו של אלמנטים אחרים. זה תלוי הרבה במצב החמצון, ולכן אותו אלמנט יכול להפגין אלקטרונטיביות שונה, תלוי בסוג התרכובת שהוא יוצר.

הפרש אנרגיה מחייב

איור 2. איור 2. הכימאי האמריקני לינוס פאולינג בשנת 1955. מקור: Wikimedia Commons.

בכימיה, קשר הוא האופן שבו אטומים, זהים או שונים, מתחברים יחד ליצירת מולקולות. כוחות מופיעים בין האטומים המחייבים אותם יחד בצורה יציבה.

ישנם כמה סוגים של קישור, אך כאן נחשבים שניים:

-קוווונטלי, שבו אטומים של אלקטרונטיביות דומות חולקים זוג אלקטרונים.

-אוניק, תכוף בין אטומים עם אלקטרונגטיביות שונות בהן שוררת משיכה אלקטרוסטטית.

נניח ששני יסודות A ו- B יכולים ליצור מולקולות זו עם זו, המכונות AA ו- BB. והם גם מסוגלים להצטרף ליצירת מתחם AB, והכל באמצעות קשר כלשהו.

בזכות השתתפותם של כוחות בין-מולקולריים, יש אנרגיה בקשר. לדוגמא האנרגיה באג"ח AA היא E _AA, באג"ח BB היא EBB ולבסוף במתחם AB היא E _AB .

אם מולקולת AB נוצרה על ידי קשר קוולנטי, תיאורטית אנרגיית הקשר היא הממוצע של האנרגיות E _AA ו- E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

פאולינג חישב את ה- E _AB עבור תרכובות שונות, מדד אותו בניסוי וקבע את ההבדל בין שני הערכים, אותם כינה Δ:

Δ = - (E _AB ) נמדד - (E _AB ) תיאורטי- = - (E _AB ) נמדד - ½ (E _AA + E _BB ) -

פאולינג נימוק כך: אם Δ קרוב מאוד ל- 0, פירושו שהאלקטרונגטיוויות של שני האלמנטים דומים והקשר המצטרף אליהם הוא קוולנטי. אבל אם Δ אינו קטן, הקשר בין A ו- B אינו קוולנטי טהור.

ככל שהערך המוחלט של greater גדול יותר, כך ההבדל בין האלקטרוניטיביות של היסודות A ו- B גדול יותר ולכן הקשר המצטרף אליהם יהיה מהסוג היוני. בהמשך הקורא ימצא דוגמא שבה באמצעות חישוב Δ ניתן לקבוע את סוג הקשר של תרכובת.

משוואות אלקטרוניות

בהנחה שההבדל באנרגיות הוא האות המבדיל את אופי הקשר, ביצע פאולינג ניסויים רבים שהובילו אותו ליצור ביטוי אמפירי לייצור האלקטרוניטיבי היחסי של שני יסודות A ו- B היוצרים מולקולה.

פאולינג הגדיר את האלקטרוניטיביות הזו כ- letter (האות היוונית "צ'י"), והגדיר את Δ כך:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0.102√Δ

שימו לב ש- Δ הוא כמות חיובית. הגורם f = 0.102 המופיע על ידי הכפלת השורש הריבועי של Δ הוא גורם ההמרה בין kJ (קילוג'ול) לבין eV (וולט אלקטרונים), שתי יחידות אנרגיה.

אם משתמשים במקום קילוקלוריות וולטים אלקטרוניים, ההבדל בנגיחות אלקטרונית מתבטא בנוסחה דומה אך עם f = 0.208:

χ (A) - χ (B) = 0.208√Δ

פאולינג החל בהקצאת מימן לערך של 2.1, ערך קודם שהושג על ידי הכימאי רוברט מוליקן. הוא בחר באלמנט זה כנקודת המוצא שלו מכיוון שהוא יוצר קשרים קוולנטיים עם רבים אחרים.

באמצעות המשוואה הקודמת, הוא המשיך להקצות ערכים יחסיים לשאר האלמנטים. לפיכך הוא הבין כי האלקטרוניטיביות מגדילה כאשר עוברים משמאל לימין ומלמעלה למטה בטבלה המחזורית, כמתואר בסעיף הקודם.

דוגמא

להלן רשימת האלמנטים: N, J, Y ו- M ואלקטרוני-תגליות שלהם בהתאמה Χ לפי סולם פאולינג:

- N : Χ = 4.0

- J : Χ = 1.5

- Y : Χ = 0.9

- M : Χ = 1.6

בין התרכובות הבאות שנוצרו עמן:

YJ, YN, MN ו- JM

ציין את זה בעל האופי היוני הגבוה ביותר ואת זה שטבעו קוולנטי. תן סיבות לתשובה שלך.

פִּתָרוֹן

על פי הקריטריונים שקבע פאולינג, המתחם בעל האופי היוני הגבוה ביותר יהיה זה עם ההבדל הגדול ביותר בין אלקטרוניות, ולכן ערך גדול יותר של Δ. מצדו, המתחם עם הפרש האנרגיה הנמוך ביותר הוא זה שיש לו קשר קוולנטי.

אז נחשב כמה שווה Δ לכל תרכובת, כדלקמן:

מורכב YJ

Δ = ² = (0.9 - 1.5) ² = 0.36

YN מורכב

Δ = ² = (0.9 - 4.0) ² = 9.61

MN מורכב

Δ = ² = (1.6 - 4.0) ² = 5.76

JM מורכב

Δ = ² = (1.5 - 1.6) ² = 0.01

מהתוצאות הקודמות, ברור שהתרכובת היונית היא YN, ש- Δ שלה = 9.61, ואילו התרכובת הקוונטנטית היא JM, עם Δ = 0.01.

הפניות

1. ליברטקס כימיה. פאולינג אלקטרוניות. התאושש מ: chem.libretexts.org.
2. ספר הזהב של IUPAC. אלקטרונגטיביות. התאושש מ: goldbook.iupac.org.
3. סאלאס-באנוט, ג '. האלגנטיות האלקטרונית לא מובנת. התאושש מ: scielo.org.
4. טקסטים מדעיים. אלקטרונגטיביות. התאושש מ: Texcientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. כימיה. ט '. אד ברוקס / קול. לימוד Cengage.
6. ויקיפדיה. קשר קוולנטי. התאושש מ: es.wikipedia.org.
7. ויקיפדיה. קשר איוני. התאושש מ: es.wikipedia.org.