的鲍林标度是在化学用于表达元素的电负性的任意规模。这被定义为某个原子与另一个原子结合时吸引电子的趋势。
从这个意义上讲,具有高电负性的元素容易获得电子。它们是非金属,尽管就其本身而言,像金属一样的负电性元素较少,但更容易放弃电子。
图1.鲍林规模。资料来源:维基共享资源。
因此,知道一种元素的电负性后,就会想到一种元素与另一种元素结合时能够形成的键的类型。我们将在后面的数值示例中看到这一点。
有了这些信息,就可以预测化合物将具有的许多特性,这在实验化学和材料科学中非常有用,因为新的化合物不断被创造出来。
但是,很方便地澄清一下,尽管它很重要,但没有确定电负性的单一方法。鲍林量表只是建议使用的各种方式之一,尽管它是最常用的一种。
实际上,鲍林氏(Pauling's)是任意标度,其中将数值分配给周期表中的每个元素,这反映了其电负性。我们在图1中看到了它,其中每个元素的电负性都由1939年左右两次获得诺贝尔奖的莱纳斯·鲍林(Linus Pauling,1901-1994)分配。
元素的电负性
鲍林与唐·M·约斯特(Don M.Yost)一起通过测量键能获得的实验数据,通过经验发现了电负性值。
鲍林(Pauling)将氟元素-在图1中的表格的右上方-分配了最高的负电性,编号为4.0。因此,当氟形成键时,它表现出最高的吸引所有元素电子的趋势。
第二个是氧气,含3.5,第三个是氮气,含3.0。两者都位于表格的顶部和右侧。
另一方面,在另一端,负电性最小的元素是铯,其符号为Cs,位于表的左侧,鲍林将其分配为数字0.7。
元素周期表中的电负性
一般而言,如图1所示,电负性和电离能在周期表中从左到右增加。总体趋势还表明上下移动时的下降。
因此,在表的右上角将具有最大的负电性元素:氟,氧,氯,氮。负电性最低(如果您愿意,则带正电)–会在左侧找到:锂,钠,钾和第1组的其他元素-最左端的列,对应于碱金属和碱土金属。
在每一列中,电负性随元素原子序数的增加而降低,但中间的过渡金属除外,其不遵循这种趋势。
需要注意的重要一点是,电负性是相对的,它不是每个元素的不变性质,并且仅相对于其他元素的性质进行测量。它在很大程度上取决于氧化态,因此同一元素根据其形成的化合物的类型可以表现出不同的电负性。
结合能差
图2. 1955年的美国化学家利纳斯·鲍林(Linus Pauling)。资料来源:维基共享资源。
在化学中,键是相同或不同原子连接在一起形成分子的方式。力出现在原子之间,以稳定的方式将它们保持在一起。
链接有几种类型,但是这里考虑两种:
-共价,其中具有相似电负性的原子共享一对电子。
-离子性,在具有不同电负性的原子之间频繁出现,其中存在静电引力。
假设两个元素A和B可以彼此形成分子,表示为AA和BB。它们还能够通过某种键合形成AB化合物。
由于分子间力的参与,键中有了能量。例如,在键AA的能量为E AA,在键BB它是EBB终于在化合物AB它为E AB。
如果AB分子是通过共价键形成的,则理论上的键能为能量E AA和E BB的平均值:
E AB =½(E AA + E BB)
鲍林计算出各种化合物的E AB值,进行了实验测量并确定了两个值之间的差,他将其命名为Δ:
Δ=-(E AB)测量值-(E AB)理论值-=-(E AB)测量值-½(E AA + E BB)-
鲍林的推论是这样的:如果Δ非常接近0,则意味着两个元素的电负性相似,并且连接它们的键是共价的。但是,如果Δ不小,则A和B之间的键不是纯共价键。
Δ的绝对值越大,元素A和B的电负性之间的差异越大,因此连接它们的键将是离子型的。稍后,读者将发现一个示例,其中可以通过计算Δ来确定化合物的键类型。
电负性方程
假设能量差是区分键性质的信号,鲍林进行了许多实验,使他为形成一个分子的两个元素A和B的相对电负性创建了一个经验表达式。
鲍林将这种电负性表示为χ(希腊字母“ chi”),将Δ定义如下:
˚F 2 Δ= 2
χ(A)-χ(B)=f√Δ=0.102√Δ
注意,Δ是正数。通过乘以Δ的平方根而得出的系数f = 0.102是kJ(千焦耳)和eV(电子伏特)之间的转换系数,这两个单位都是能量。
如果改用千卡和电子伏特,则电负性的差异可用相似的公式表示,但f = 0.208:
χ(A)-χ(B)=0.208√Δ
鲍林首先给氢赋值为2.1,这是化学家罗伯特·穆里肯(Robert Mulliken)获得的先前值。他选择此元素作为起点,因为它与许多其他元素形成共价键。
他使用前面的公式继续为其余元素分配相对值。因此,他意识到,如前一节所述,当在周期表中从左向右移动时,电负性增加。
例
下面是元素列表:根据鲍林标度,N,J,Y和M及其各自的电负性Χ:
- Ñ:Χ= 4.0
- Ĵ:Χ= 1.5
- ÿ:Χ= 0.9
- 中号:Χ= 1.6
在与它们形成的下列化合物中:
YJ,YN,MN和JM
指出具有最高离子性质的一种,其性质是共价的。解释你的回答。
解
根据鲍林建立的标准,具有最高离子特性的化合物将是电负性之间差异最大的化合物,因此Δ值较大。就其本身而言,具有最小能量差的化合物是具有共价键的化合物。
然后,我们将计算每种化合物的多少Δ值,如下所示:
复合YJ
Δ= 2 =(0.9-1.5)2 = 0.36
复合YN
Δ= 2 =(0.9-4.0)2 = 9.61
复合MN
Δ= 2 =(1.6-4.0)2 = 5.76
复合JM
Δ= 2 =(1.5-1.6)2 = 0.01
从以上结果可以清楚地看出,离子化合物是YN,其Δ= 9.61,而共价化合物是JM,Δ= 0.01。
参考文献
- 化学自由文本。鲍林电负性。从以下地址恢复:chem.libretexts.org。
- IUPAC金书。电负性。从以下地址恢复:goldbook.iupac.org。
- Salas-Banuet,G。被误解的电负性。摘自:scielo.org。
- 科学文献。电负性。从以下网址恢复:textscientificos.com。
- Whitten,K.2010。化学。9号 Ed。Brooks /科尔。圣智学习。
- 维基百科。共价键。摘自:es.wikipedia.org。
- 维基百科。离子键。摘自:es.wikipedia.org。