Độ âm điện: thang đo, biến thể, tiện ích và ví dụ
Độ âm điện là một tính chất định kỳ tương đối liên quan đến khả năng của một nguyên tử thu hút mật độ điện tử từ môi trường phân tử của nó. Đó là xu hướng của một nguyên tử thu hút các điện tử khi nó được gắn vào một phân tử. Điều này được phản ánh trong hành vi của nhiều hợp chất và cách chúng tương tác liên phân tử với nhau.
Không phải tất cả các nguyên tố thu hút các electron từ các nguyên tử lân cận với số đo bằng nhau. Trong trường hợp những người tạo ra mật độ điện tử dễ dàng, họ được cho là có tính điện từ, trong khi những người tự "che phủ" bằng điện tử là độ âm điện . Có nhiều cách để giải thích và quan sát tài sản này (hoặc khái niệm).
Ví dụ, trong các bản đồ về tiềm năng tĩnh điện cho một phân tử (chẳng hạn như điôxit clo trong hình trên, ClO 2 ) có thể thấy được ảnh hưởng của độ âm điện khác nhau đối với các nguyên tử clo và oxy.
Màu đỏ biểu thị các vùng giàu electron của phân tử, δ- và màu xanh lam là những vùng nghèo điện tử, δ +. Do đó, sau một loạt các tính toán tính toán, loại bản đồ này có thể được thiết lập; nhiều trong số chúng cho thấy mối quan hệ trực tiếp giữa vị trí của các nguyên tử âm điện và δ-.
Nó cũng có thể được hình dung như sau: trong một phân tử, sự chuyển điện tử có nhiều khả năng xảy ra trong vùng lân cận của các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Vì lý do này mà đối với ClO 2, các nguyên tử oxy (các quả cầu đỏ) được bao quanh bởi một đám mây đỏ, trong khi nguyên tử clo (quả cầu xanh) của một đám mây màu xanh.
Định nghĩa về độ âm điện phụ thuộc vào cách tiếp cận được đưa ra cho hiện tượng, một số thang đo hiện có xem xét nó từ các khía cạnh nhất định. Tuy nhiên, tất cả các thang đo đều có điểm chung là chúng được hỗ trợ bởi bản chất bên trong của các nguyên tử.
Thang đo độ âm điện
Độ âm điện không phải là một tính chất có thể định lượng và cũng không có giá trị tuyệt đối. Tại sao? Bởi vì xu hướng của một nguyên tử thu hút mật độ điện tử đối với nó không giống nhau trong tất cả các hợp chất. Nói cách khác: độ âm điện thay đổi tùy theo phân tử.
Nếu, đối với phân tử ClO 2, nguyên tử Cl được thay thế bằng nguyên tử N, thì xu hướng thu hút các electron cũng sẽ thay đổi; nó có thể tăng (làm cho đám mây đỏ hơn) hoặc giảm (mất màu). Sự khác biệt sẽ nằm ở liên kết NO mới hình thành, để có phân tử ONO (nitơ dioxide, NO 2 ).
Vì độ âm điện của một nguyên tử không giống nhau đối với tất cả các môi trường phân tử của nó, nên cần phải xác định nó theo các biến khác. Theo cách này, chúng ta có các giá trị đóng vai trò tham chiếu và cho phép chúng ta dự đoán, ví dụ, loại liên kết được hình thành (ion hoặc cộng hóa trị).
Quy mô Pauling
Nhà khoa học vĩ đại và là người giành được hai giải thưởng Nobel, Linus Pauling, đã đề xuất vào năm 1932 một hình thức định lượng (có thể đo lường được) của độ âm điện được gọi là thang đo Pauling. Trong đó, độ âm điện của hai nguyên tố A và B, tạo thành liên kết, có liên quan đến năng lượng phụ liên quan đến đặc tính ion của liên kết AB.
Cái này thế nào Về mặt lý thuyết, liên kết cộng hóa trị là ổn định nhất, vì sự phân bố electron của chúng giữa hai nguyên tử là công bằng; nghĩa là, đối với các phân tử AA và BB, cả hai nguyên tử đều chia sẻ cặp electron của liên kết theo cùng một cách. Tuy nhiên, nếu A có độ âm điện lớn hơn, thì cặp đó sẽ nhiều hơn A so với B.
Trong trường hợp này, AB không còn là cộng hóa trị hoàn toàn nữa, mặc dù nếu độ âm điện của nó không khác nhau nhiều, có thể nói rằng liên kết của nó có đặc tính cộng hóa trị cao. Khi điều này xảy ra, liên kết trải qua một sự mất ổn định nhỏ và có thêm năng lượng như là một sản phẩm của sự khác biệt về độ âm điện giữa A và B.
Sự khác biệt này càng lớn, sức mạnh của liên kết AB càng cao và do đó, đặc tính ion của liên kết càng lớn.
Thang đo này đại diện cho việc sử dụng nhiều nhất trong hóa học và các giá trị độ âm điện phát sinh từ việc gán giá trị 4 cho nguyên tử flo. Từ đó họ có thể tính toán các yếu tố khác.
Thang đo Mulliken
Trong khi thang đo Pauling liên quan đến năng lượng liên kết với các liên kết, thang đo của Robert Mulliken có liên quan nhiều hơn đến hai tính chất định kỳ khác: năng lượng ion hóa (EI) và ái lực điện tử (AE).
Do đó, một nguyên tố có giá trị cao của EI và AE rất có độ âm điện, và do đó, nó sẽ thu hút các electron từ môi trường phân tử của nó.
Tại sao? Bởi vì EI phản ánh mức độ khó khăn khi "kéo" một electron bên ngoài và AE anion được hình thành trong pha khí ổn định như thế nào. Nếu cả hai tính chất có cường độ cao, thì phần tử là "người yêu" của các điện tử.
Độ âm điện của Mulliken được tính theo công thức sau:
Χ M = (EI + AE)
Nghĩa là, χ M bằng giá trị trung bình của EI và AE.
Tuy nhiên, không giống như thang Pauling phụ thuộc vào nguyên tử nào hình thành liên kết, nó có liên quan đến tính chất của trạng thái hóa trị (với cấu hình điện tử ổn định hơn).
Cả hai thang đo đều tạo ra các giá trị độ âm điện tương tự cho các phần tử và có liên quan xấp xỉ với sự hoàn nguyên sau:
P = 1, 35 ( M ) 1/2 - 1, 37
Cả X M và X P đều là các giá trị không thứ nguyên; nghĩa là họ thiếu đơn vị.
Thang đo của AL Allred và E.Rochow
Có các thang đo độ âm điện khác, chẳng hạn như Sanderson và Allen. Tuy nhiên, cái theo sau hai cái đầu tiên là thang đo của Allred và Rochow (χ AR ). Lần này, nó dựa trên điện tích hạt nhân hiệu quả, một trải nghiệm điện tử trên bề mặt nguyên tử. Do đó, nó liên quan trực tiếp đến sức mạnh hấp dẫn của lõi và hiệu ứng màn hình.
Làm thế nào để độ âm điện khác nhau trong bảng tuần hoàn?
Bất kể quy mô hoặc giá trị bạn có, độ âm điện tăng dần từ phải sang trái trong một khoảng thời gian và từ dưới lên trên trong các nhóm. Do đó, nó tăng dần về phía đường chéo bên phải (không tính helium) cho đến khi gặp fluoride.
Trong hình trên, bạn có thể thấy những gì vừa được nói. Độ âm điện của Pauling được thể hiện trong bảng tuần hoàn theo màu sắc của các tế bào. Vì flo là chất có độ âm điện cao nhất, nên nó tương ứng với màu tím nổi bật hơn, trong khi với màu tối hơn độ âm điện (hoặc ít nhiễm điện).
Cũng có thể thấy rằng các đầu của các nhóm (H, Be, B, C, v.v.) có màu sáng hơn và khi bạn đi qua nhóm, các yếu tố khác trở nên tối hơn. Tại sao lại thế này? Câu trả lời là một lần nữa trong các thuộc tính EI, AE, Zef (điện tích hạt nhân hiệu dụng) và trong bán kính nguyên tử.
Nguyên tử trong phân tử
Các nguyên tử riêng lẻ có điện tích hạt nhân Z thực và các electron bên ngoài chịu điện tích hạt nhân hiệu quả do hiệu ứng che chắn.
Khi nó di chuyển qua một thời kỳ, Zef tăng theo cách mà nguyên tử co lại; đó là bán kính nguyên tử giảm dần trong một khoảng thời gian.
Điều này mang lại kết quả là, tại thời điểm liên kết một nguyên tử với một nguyên tử khác, các electron "sẽ chảy" về phía nguyên tử có Zef lớn hơn. Ngoài ra, điều này mang lại một đặc tính ion cho liên kết nếu có xu hướng rõ rệt của các electron đi về phía nguyên tử. Khi đây không phải là trường hợp, chúng ta đang nói về một liên kết cộng hóa trị chủ yếu.
Vì lý do này, độ âm điện thay đổi tùy theo bán kính nguyên tử, Zef, do đó có liên quan chặt chẽ với EI và AE. Tất cả mọi thứ là một chuỗi.
Nó dùng để làm gì?
Độ âm điện để làm gì? Về nguyên tắc để xác định xem một hợp chất nhị phân là cộng hóa trị hay ion. Khi độ chênh lệch độ âm điện rất cao (với tốc độ 1, 7 đơn vị trở lên), hợp chất được gọi là ion. Ngoài ra, rất hữu ích để phân biệt trong một cấu trúc mà các khu vực có thể sẽ giàu nhất về điện tử.
Từ đây, có thể dự đoán cơ chế hoặc phản ứng nào mà hợp chất có thể trải qua. Ở những vùng nghèo của electron, δ +, có thể các loài tích điện âm hoạt động theo một cách nhất định; và ở những vùng giàu electron, các nguyên tử của chúng có thể tương tác theo những cách rất cụ thể với các phân tử khác (tương tác lưỡng cực - lưỡng cực).
Ví dụ (clo, oxy, natri, flo)
Các giá trị độ âm điện của các nguyên tử clo, oxy, natri và flo là gì? Sau florua, ai là người có độ âm điện lớn nhất? Sử dụng bảng tuần hoàn, người ta quan sát thấy natri có màu tím đậm, trong khi màu của oxy và clo rất giống nhau.
Giá trị độ âm điện của nó đối với thang đo Pauling, Mulliken và Allred-Rochow là:
Na (0, 93, 1, 21, 1, 01).
O (3, 44, 3, 22, 3, 50).
Cl (3.16, 3.54, 2.83).
F (3, 98, 4, 43, 4, 10).
Lưu ý rằng với các giá trị số có sự khác biệt giữa các tiêu cực của oxy và clo.
Theo thang đo Mulliken, clo có độ âm điện cao hơn oxy, không giống như thang đo Pauling và Allred-Rochow. Sự khác biệt về độ âm điện giữa cả hai yếu tố thậm chí còn rõ ràng hơn khi sử dụng thang đo Allred-Rochow. Và cuối cùng, flo bất kể quy mô được chọn là độ âm điện lớn nhất.
Do đó, khi có một nguyên tử F trong phân tử, điều đó có nghĩa là liên kết sẽ có tính chất ion cao.
