PAULING SKALA: ELEKTRONEGATIVITET OCH ENERGIFÖRSKJUTNING - KEMI - 2025

Den Pauling-skalan är en godtycklig skala som används i kemi för att uttrycka elektronegativitet av element. Detta definieras som en viss atoms tendens att locka till sig elektroner när den kombineras med en annan atom.

I denna mening tenderar element med hög elektronegativitet att få elektroner lätt. Det här är icke-metaller, medan det för sin del, mindre elektronegativa element som metaller, är det lättare att ge upp elektroner.

Bild 1. Pauling skala. Källa: Wikimedia Commons.

Därför, genom att känna till ett elements elektronegativitet, har man en uppfattning om vilken typ av bindning som det kan bildas när det kombineras med ett annat. Vi kommer att se detta med ett numeriskt exempel senare.

Med denna information kan många av de egenskaper som en förening kommer att ha förutsägas, något mycket användbart i experimentell kemi och för materialvetenskap, där nya föreningar kontinuerligt skapas.

Det är emellertid bekvämt att klargöra att trots hur viktigt det är, det inte finns ett enda sätt att bestämma elektronegativitet; Pauling-skalan är bara ett av de olika sätten som föreslås för att hitta den, även om den är en av de mest använda.

I själva verket är Paulings en godtycklig skala där ett numeriskt värde tilldelas varje element i den periodiska tabellen, vilket återspeglar dess elektronegativitet. Vi ser det i figur 1, där vi har elektronegativiteten för varje element, som tilldelades av den två gånger nobelpristagaren Linus Pauling (1901-1994) omkring 1939.

Elementens elektronegativitet

Pauling, tillsammans med Don M. Yost, fann elektronegativitetsvärdena empiriskt genom experimentella data erhållna genom att mäta bindningsenergier.

Pauling tilldelade elementet fluor - ovan och till höger om tabellen i figur 1 - den högsta elektronegativiteten, med siffran 4.0. Så när fluor bildar bindningar, uppvisar det den högsta tendensen att locka till sig elektroner av alla element.

För det andra är syre med 3,5 och tredje är kväve med 3,0. Båda är placerade högst upp och till höger om bordet.

Å andra sidan, i motsatt ände, är det minst elektronegativa elementet cesium, vars symbol är Cs, belägen till vänster om bordet, till vilken Pauling tilldelade numret 0.7.

Elektronegativitet i den periodiska tabellen

I allmänna termer, och som framgår av figur 1, ökar elektronegativiteten - och joniseringsenergi - från vänster till höger i det periodiska systemet. Den övergripande trenden indikerar också en nedgång när man går upp och ner.

Därför kommer vi att ha de mest elektronegativa elementen i det övre högra hörnet av bordet: fluor, syre, klor, kväve. Det minsta elektronegativet - eller det mest elektropositiva om du föredrar - hittas till vänster: litium, natrium, kalium och de andra elementen i grupp 1 - kolumnen längst till vänster, motsvarande alkalimetaller och jordalkalimetaller.

I varje kolumn minskar elektronegativiteten när elementets atomantal ökar, med undantag för övergångsmetallerna i mitten, som inte följer denna trend.

En viktig punkt att notera är att elektronegativitet är relativ, det är inte en oändbar egenskap hos varje element, och det mäts endast med avseende på det hos andra element. Det beror mycket på oxidationstillståndet, så samma element kan uppvisa olika elektronegativiteter, beroende på vilken typ av förening det bildar.

Bindande energi skillnad

Bild 2. Den amerikanska kemisten Linus Pauling 1955. Källa: Wikimedia Commons.

I kemi är en bindning det sätt som atomer, lika eller olika, sammanfogas för att bilda molekyler. Krafter förekommer mellan atomerna som håller dem samman på ett stabilt sätt.

Det finns flera typer av länk, men här två beaktas:

-Kovalent, där atomer med liknande elektronegativiteter delar ett par elektroner.

-Joniskt, ofta mellan atomer med olika elektronegativiteter där elektrostatisk attraktion råder.

Anta att två element A och B kan bilda molekyler med varandra, betecknade AA och BB. Och de kan också gå med och bilda en AB-sammansättning, genom någon slags bindning.

Tack vare deltagandet av intermolekylära krafter finns energi i bindningen. Till exempel är energin i bindning AA E _AA, i obligation BB är den EBB och slutligen i sammansatt AB är den E _AB .

Om AB-molekylen bildades av en kovalent bindning, är teoretiskt bindningsenergin medelvärdet av energierna E _AA och E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

Pauling beräknade E _AB för olika föreningar, mätte det experimentellt och bestämde skillnaden mellan de två värdena, som han kallade Δ:

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

Pauling resonerade så här: om Δ är väldigt nära 0 betyder det att elektronegativiteterna för båda elementen är lika och bindningen som sammanfogar dem är kovalent. Men om Δ inte är liten, är bindningen mellan A och B inte ren kovalent.

Ju större absolutvärdet för Δ, desto större skillnad mellan elektronegativiteten för elementen A och B och därför kommer bindningen som förbinder dem att vara av den joniska typen. Senare kommer läsaren att hitta ett exempel där, genom att beräkna Δ, är det möjligt att bestämma typen av bindning för en förening.

Ekvationer för elektronegativitet

Antagande att skillnaden i energier är signalen som skiljer bindningens natur, Pauling genomförde många experiment som ledde honom att skapa ett empiriskt uttryck för de relativa elektronegativiteterna för två element A och B som bildar en molekyl.

Pauling betecknar denna elektronegativitet som χ (grekisk bokstav "chi") och Pauling definierade Δ enligt följande:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102 Δ

Observera att Δ är en positiv kvantitet. Faktorn f = 0,102 som visas genom att multiplicera kvadratroten av Δ är omvandlingsfaktorn mellan kJ (kilojoules) och eV (elektronvolt), båda energienheter.

Om i stället kilokalorier och elektronvolter används uttrycks skillnaden i elektronegativiteter med en liknande formel men med f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208 Δ

Pauling började med att tilldela väte ett värde av 2,1, ett tidigare värde erhållet av kemisten Robert Mulliken. Han valde detta element som sin utgångspunkt eftersom det bildar kovalenta bindningar med många andra.

Med hjälp av den föregående ekvationen fortsatte han att tilldela relativa värden till resten av elementen. Han insåg således att elektronegativiteten ökar när han rör sig från vänster till höger och från topp till botten i det periodiska systemet, som beskrivs i föregående avsnitt.

Exempel

Nedan finns en lista över element: N, J, Y och M och deras respektive elektronegativitet Χ enligt Pauling-skalan:

- N : Χ = 4,0

- J : Χ = 1,5

- Y : Χ = 0,9

- M : Χ = 1,6

Bland följande föreningar bildade med dem:

YJ, YN, MN och JM

Ange den med den högsta joniska karaktären och den vars natur är kovalent. Ange skäl till ditt svar.

Lösning

Enligt kriterierna som fastställts av Pauling kommer föreningen med den högsta joniska karaktären att vara den med den största skillnaden mellan elektronegativiteter, och därför ett större värde på Δ. Föreningen med den lägsta energidifferensen är den med en kovalent bindning.

Sedan kommer vi att beräkna hur mycket Δ är värt för varje förening enligt följande:

Komposit YJ

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Komposit YN

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Sammansatt MN

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

Komposit JM

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Från de tidigare resultaten kan man dra slutsatsen att den joniska föreningen är YN, vars Δ = 9,61, medan den kovalenta föreningen är JM, med Δ = 0,01.

referenser

1. Kemi Libretexts. Pauling Elektronegativitet. Återställd från: chem.libretexts.org.
2. IUPAC Gold Book. Elektronnegativitet. Återställd från: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. Den missförstådda elektronegativiteten. Återställd från: scielo.org.
4. Vetenskapliga texter. Elektronnegativitet. Återställd från :texcientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. Kemi. 9:e. Ed Brooks / Cole. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Kovalent bindning. Återställd från: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Jonisk bindning. Återställd från: es.wikipedia.org.