Органическая химия/Электроотрицательность

Всякий раз, когда два атома образуют связь, ядро ​​каждого атома притягивает электроны другого. Электроотрицательность является мерой силы этого притяжения.

Периодичность

Говорят, что несколько характеристик атомов имеют «периодичность», что означает, что разные атомы в периоде имеют определенные отношения друг с другом на основе их положения в таблице. Это сбивает с толку? Представьте себе периодическую таблицу как групповую фотографию, возможно, очень большой баскетбольной команды. Каждый период — это ряд игроков на фотографии, и «фотограф» решил расположить «игроков» по ​​их характеристикам. Конечно, не было предпринято никаких сознательных усилий, чтобы расположить периодическую таблицу по какой-либо характеристике, кроме количества протонов, но некоторые свойства постоянны в ней независимо от этого.

Размер атома — это одна из характеристик, которая демонстрирует периодичность. В случае атомного радиуса «фотограф» (Менделеев и другие) решил расположить «игроков» (атомы) по размеру, так что самые маленькие игроки будут вверху справа. По мере продвижения слева направо по ряду (периоду) атомы последовательно становятся все меньше и меньше. Фтор меньше углерода, а углерод меньше магния. Это происходит из-за того, что число протонов в ядре увеличивается, а электроны, число которых увеличивается, не в состоянии экранировать друг друга от силы притяжения положительного заряда ядра.

ЗАПОМНИТЕ: наибольший > Li > Be > B > C > N > O > F > Ne > наименьший

Еще одна характеристика которая обладает свойством периодичности — энергия ионизации. Это количество энергии, необходимое для удаления одного электрона из атома. Поскольку все атомы предпочитают электронную конфигурацию благородного газа, атомы в крайней левой части таблицы отдадут свой первый электрон легче всего (почти во всех случаях металл с готовностью отдаст свой первый электрон). Галогенам, которым требуется всего лишь один дополнительный электрон для заполнения их внешних оболочек, требуется много энергии, чтобы отдать электрон, потому что они были бы гораздо более стабильны, если бы вместо этого получили один электрон. Энергия ионизации противоположна атомному радиусу, потому что она увеличивается слева направо по периоду.

ЗАПОМНИТЕ: наименьшая энергия для ионизации < Li < Be < B < C < N < O < F < Ne < наибольшая энергия для ионизации

Электроотрицательность, возможно, является самой важной характеристикой, и она не связана напрямую с энергией ионизации, но ее тенденция та же самая - она увеличивается слева направо. Кроме того, элементы в группе (например, в группе галогенов) приобретают стабильность по мере увеличения атомного номера, поэтому наименьший член электроотрицательной группы часто является наиболее электроотрицательным. В общем, можно сказать, что среди периодов (строк) или групп (столбцов) периодической таблицы, чем ближе элемент к фтору, тем более он электроотрицателен. Для группы VIIA (вышеупомянутые галогены) периодической таблицы вы запоминаете следующие соотношения:

ЗАПОМНИТЕ: наиболее электроотрицательный > F > Cl > Br > I > наименее электроотрицательный

И ПОМНИТЕ: наименее электроотрицательный < Li < Be < B < C < N < O < F < наиболее электроотрицательный

(Обратите внимание, что благородный газ неон не указан в таблице электроотрицательности. В неионизированной форме благородный газ обычно рассматривается так, как будто он вообще не имеет электроотрицательности.)

Электроотрицательности атомов, распространенные в органической химии

• C - 2.55
• H - 2.20
• N - 3.04
• O - 3.44
• P - 2.19
• S - 2.58
• Cl - 3.16
• Br - 2.96
• F - 3.98

Более высокие числа соответствуют более сильному притяжению электронов. Более - слабые по сравнению с другим атомом - скорее отдаче. То есть в данном случае, фтор может забирать электроны у подавляющего числа атомов.

При связывании атомов с одинаковой электроотрицательностью образуется неполярная ковалентная связь: например, C-C или H-H. При соединении атомов с разной электроотрицательностью образуется полярная ковалентная связь: например (δ⁺) C-O(δ^-), (δ⁺)C-N(δ^-), (δ^-)O-H(δ⁺), (δ^-)N-H(δ⁺). δ- и δ+ представляют собой частичные заряды, при этом тот, кто имеет минус, перетягивает электроны на себя, а плюс - их отдает.

При соединении атомов с сильно различающейся электроотрицательностью возникает ионная связь.

Шкала Полинга

Шкала Полинга была разработана в 1932 году Лайнусом Полингом. В этой шкале наиболее электроотрицательному химическому элементу (фтору) присваивается значение электроотрицательности 3,98 (в учебниках часто указывается значение 4,0); наименее электроотрицательный элемент (франций) имеет значение 0,7, а остальные элементы имеют значения между ними. В шкале Полинга водороду произвольно присваивается значение 2,1 или 2,2.

«δEN» — это разница в электроотрицательности между двумя атомами или элементами. Связи между атомами с большой разницей в электроотрицательности (больше или равная 1,7) обычно считаются ионными, тогда как значения между 1,7 и 0,4 считаются полярными ковалентными. Значения ниже 0,4 считаются неполярными ковалентными связями, а разность электроотрицательностей 0 указывает на полностью неполярную ковалентную связь.

Шкала Малликена

Шкала Малликена была предложена Робертом С. Малликеном в 1934 году. В шкале Малликена числа получаются путем усреднения потенциала ионизации и сродства к электрону. Следовательно, электроотрицательности Малликена выражаются непосредственно в единицах энергии, обычно в электрон-вольтах.

Тенденции электроотрицательности

Каждый элемент имеет характерную электроотрицательность в диапазоне от 0 до 4 по шкале Полинга. Самый электроотрицательный элемент, фтор, имеет электроотрицательность 3,98, в то время как слабо электроотрицательные элементы, такие как литий, имеют значения, близкие к 1. Наименее электроотрицательным элементом является франций со значением 0,7. В целом, электроотрицательность уменьшается вниз в каждой группе и увеличивается в периоде, как показано ниже.

В периоде неметаллы предпочитают забирать электроны, а металлы - отдавать их из-за того, что атом стремится достичь стабильного октета. Вниз по группе заряд ядра оказывает меньшее влияние на внешние оболочки. Поэтому наиболее электроотрицательные атомы можно найти в верхней правой части периодической таблицы, а наименее электроотрицательные элементы можно найти в нижней левой части.

→ Атомный радиус уменьшается → Энергия ионизации возрастает → Электроотрицательность возрастает →
Группа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Период
1	H 2.20																	He
2	Li 0.98	Be 1.57											B 2.04	C 2.55	N 3.04	O 3.44	F 3.98	Ne
3	Na 0.93	Mg 1.31											Al 1.61	Si 1.90	P 2.19	S 2.58	Cl 3.16	Ar
4	K 0.82	Ca 1.00	Sc 1.36	Ti 1.54	V 1.63	Cr 1.66	Mn 1.55	Fe 1.83	Co 1.88	Ni 1.91	Cu 1.90	Zn 1.65	Ga 1.81	Ge 2.01	As 2.18	Se 2.55	Br 2.96	Kr 3.00
5	Rb 0.82	Sr 0.95	Y 1.22	Zr 1.33	Nb 1.6	Mo 2.16	Tc 1.9	Ru 2.2	Rh 2.28	Pd 2.20	Ag 1.93	Cd 1.69	In 1.78	Sn 1.96	Sb 2.05	Te 2.1	I 2.66	Xe 2.6
6	Cs 0.79	Ba 0.89	*	Hf 1.3	Ta 1.5	W 2.36	Re 1.9	Os 2.2	Ir 2.20	Pt 2.28	Au 2.54	Hg 2.00	Tl 1.62	Pb 2.33	Bi 2.02	Po 2.0	At 2.2	Rn
7	Fr 0.7	Ra 0.9	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Uub	Uut	Uuq	Uup	Uuh	Uus	Uuo
Лантаноиды	*	La 1.1	Ce 1.12	Pr 1.13	Nd 1.14	Pm 1.13	Sm 1.17	Eu 1.2	Gd 1.2	Tb 1.1	Dy 1.22	Ho 1.23	Er 1.24	Tm 1.25	Yb 1.1	Lu 1.27
Актиноиды	**	Ac 1.1	Th 1.3	Pa 1.5	U 1.38	Np 1.36	Pu 1.28	Am 1.13	Cm 1.28	Bk 1.3	Cf 1.3	Es 1.3	Fm 1.3	Md 1.3	No 1.3	Lr

Периодическая таблица электроотрицательности с использованием шкалы Полинга