Электроотрицательность химических элементов по Полингу

Электроотрицательность – это свойство атома оттягивать общие электроны в ковалентной связи. Чем сильнее элемент притягивает общие электроны, тем выше значение электроотрицательности.

Понятие электроотрицательности было введено Лайнусом Полингом в 1932 году; по шкале Полинга электроотрицательность фтора равна 3,98, а остальные элементы масштабируются относительно этого значения. Другие шкалы электроотрицательности включают шкалу Малликена, предложенную Робертом С. Малликеном в 1934 году, в которой первая энергия ионизации и сродство к электрону усредняются вместе, и шкалу Оллреда-Рохова, по которой измеряется электростатическое притяжение между ядром атома и его валентными электронами.

Изменение электроотрицательности предсказуемо по всей периодической таблице. Электроотрицательность увеличивается снизу-вверх в группах и увеличивается слева направо в периодах. Таким образом, фтор является наиболее электроотрицательным элементом, в то время как франций является одним из наименее электроотрицательных. Гелий, неон и аргон не указаны в шкале электроотрицательности Полинга, хотя по шкале Оллреда-Рохова гелий имеет самую высокую электроотрицательность.

Легенда к цветовой раскраске таблицы

Разница в электроотрицательности между двумя связанными элементами определяет, какой тип связи они будут образовывать. Когда разность электроотрицательностей атомов двух разных элементов более двух единиц, между ними образуется ионная связь, в которой более электроотрицательный элемент имеет отрицательный заряд, а менее электроотрицательный элемент имеет положительный заряд. В качестве аналогии вы можете представить игру в перетягивание каната, в которой одна команда достаточно сильна, чтобы вырвать канат у другой команды. Например, электроотрицательность натрия равна 0,93, а хлора – 3,16, поэтому связь натрий-хлор является ионной, при которой хлор отнимает электрон у натрия, образуя катион натрия \(Na^{+}\) и хлорид-анион \(Cl^{-}\). Конкретные ионы натрия и хлорид-анионы не "связаны" вместе, но они очень сильно притягивают друг друга из-за противоположных зарядов и образуют прочную кристаллическую решетку.

Когда разность электроотрицательностей атомов двух разных элементов менее двух единиц, между ними образуется ковалентная связь, в которой электроны являются общими для обоих атомов.

При этом более электроотрицательный элемент сильнее притягивает электроны, но недостаточно сильно, чтобы полностью удалить электроны как в случае ионного соединения. Электронная плотность распределена неравномерно, то есть существует несимметричное распределение электронов между связанными атомами. Эти связи называются полярными ковалентными связями. Более электроотрицательный атом имеет частичный отрицательный заряд \(\delta-\), потому что электроны проводят больше времени ближе к этому атому, в то время как менее электроотрицательный атом имеет частичный положительный заряд \(\delta+\), потому что электроны частично, но не полностью, удалены от этого атома. Например, в молекуле хлористого водорода хлор более электроотрицателен, чем водород. Общие электроны проводят больше времени вблизи атома хлора, делая хлорный конец молекулы отрицательным (обозначен на рисунке ниже синим цветом), в то время как водородный конец молекулы положительным (обозначен красным цветом), и полученная молекула является полярной: \(H^{\delta+}\cdots Cl^{\delta-}\)

Когда два атома одного и того же элемента образуют ковалентную связь, между ними нет разницы в электроотрицательности, и электроны в ковалентной связи распределяются поровну – то есть существует симметричное распределение электронов между связанными атомами. Эти связи являются неполярными ковалентными связями. В качестве аналогии вы можете представить игру в перетягивание каната между двумя одинаково сильными командами, в которой веревка не движется. Например, когда два атома хлора соединены ковалентной связью, электроны проводят столько же времени рядом с одним атомом хлора, сколько и с другим, и полученная молекула неполярна: \(Cl^{0}\cdots Cl^{0}\)

Для молекул с несколькими ковалентными связями трехмерная форма молекулы и то, как полярные связи ориентированы относительно друг друга, определяют, является ли молекула полярной или нет. Эта полярность молекул играет большую роль в определении физических свойств соединений.