Электроотрицательность химических элементов: полный справочник в таблице

Таблица электроотрицательности химических элементов является важнейшим справочным материалом для химиков, позволяющим определять свойства соединений на основе электроотрицательности их компонентов. Данная статья подробно рассматривает историю создания таблицы электроотрицательности, ее современные версии, принципы построения и практическое применение.

История создания таблицы электроотрицательности химических элементов

Понятие "электроотрицательность" было введено в научный обиход в 1932 году американским химиком Лайнусом Полингом. Он определил электроотрицательность как способность атома притягивать к себе электроны в молекуле. Чем выше эта способность, тем выше электроотрицательность.

Первую числовую таблицу электроотрицательности химических элементов предложил Лайнус Полинг в 1938 году. Он проанализировал множество химических соединений и расположил элементы в порядке возрастания их электроотрицательности, присвоив элементу фтор наибольшее значение - 4,0.

Шкала электроотрицательности Полинга по сей день широко используется химиками для оценки типа химической связи в соединениях и предсказания направления химических реакций.

В начале 60-х годов Роберт Малликен предложил альтернативный способ расчета электроотрицательности на основе энергии ионизации и сродства к электрону. Его метод позволял более точно оценивать электроотрицательность, особенно переходных металлов.

На основе идей Малликена в 1964 году Ральф Пирсон разработал собственную шкалу абсолютных значений электроотрицательности, так называемую шкалу Пирсона. Он дополнил ее наглядной цветовой маркировкой:

• Элементы с электроотрицательностью выше 2,1 - зеленые;
• Элементы с электроотрицательностью от 1,9 до 2,1 - фиолетовые;
• Элементы с электроотрицательностью от 1,5 до 1,9 - синие;
• Элементы с электроотрицательностью ниже 1,5 - красные.

Такая цветовая маркировка наглядно демонстрировала различия в электроотрицательности и позволяла легче классифицировать химические элементы.

Современные шкалы электроотрицательности

В наши дни наиболее часто используются две основные шкалы электроотрицательности:

1. Шкала Полинга в модификации Олреда и Рохова (1976 г.). Эта шкала основана на первоначальных идеях Полинга, но значения электроотрицательности пересмотрены с учетом новых экспериментальных данных по химическим связям.
2. Шкала Малликена-Пирсона, основанная на квантово-механических расчетах. Эта шкала считается наиболее точной, однако требует сложных вычислений и менее наглядна.

Таблица электроотрицательности химических элементов в этих двух шкалах приведена ниже:

Как видно, числовые значения в двух шкалах близки. Однако шкала Малликена считается более точной для переходных металлов.

Применение таблицы электроотрицательности на практике

Таблица электроотрицательности химических элементов широко используется химиками в исследовательской и прикладной деятельности. Знание электроотрицательности помогает:

• Определить тип химической связи (ионная, ковалентная полярная, ковалентная неполярная) в соединениях;
• Спрогнозировать направление химической реакции между веществами;
• Оценить реакционную способность веществ, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства;
• Рассчитать заряды на атомах при образовании химических связей.

Рассмотрим несколько примеров практического использования данных о электроотрицательности элементов.

Прогнозирование типа связи в бинарных соединениях

Если разница электроотрицательностей элементов в бинарном соединении велика (более 1,7), то образуется ионная связь, например в хлориде натрия NaCl. Если разница невелика (менее 1,7) - ковалентная связь (фосфин PH3). Зная электроотрицательность химических элементов, можно заранее предсказать тип связи в соединении.

Прогнозирование направления реакций

Элемент с бОльшей электроотрицательностью притягивает к себе общие электроны в молекуле сильнее. Поэтому в окислительно-восстановительных реакциях окислителем чаще выступает элемент с высокой электроотрицательностью. Например:

• 2Na + Cl₂ = 2NaCl (хлор окисляет натрий)
• 2Mg + O₂ = 2MgO (кислород окисляет магний)

Зная таблицу электроотрицательности химических элементов, можно заранее предсказать окислитель и восстановитель в реакции.

Оценка кислотно-основных свойств неорганических соединений

Чем выше суммарная электроотрицательность элементов в бинарном соединении, тем сильнее его кислотные свойства. Так, HCl и H2S - кислоты, а PH3 и NH3 - основания. Это можно объяснить, основываясь на значениях электроотрицательности химических элементов.

Таким образом, таблица электроотрицательности позволяет решать широкий круг практических задач в химии, что обуславливает ее огромную ценность для специалистов.

Электроотрицательность элементов и тип химической связи

Данные о электроотрицательности используются для определения типа химической связи в соединениях. Рассмотрим подробнее этот аспект.

Существует несколько основных типов химической связи:

1. Ионная связь - полная передача электрона от одного атома к другому (образование ионов);
2. Ковалентная полярная связь - неполная передача электрона между атомами (образование диполя);
3. Ковалентная неполярная - равномерное распределение общей электронной плотности между ядрами атомов.

Тип связи зависит от разницы электроотрицательностей атомов. Чем выше разница, тем больше ионный характер связи. Для количественной оценки используется следующая классификация, предложенная американским химиком Лайнусом Полингом:

• Разница электроотрицательностей меньше 0,5 - чисто ковалентная неполярная связь;
• Разница 0,5-1,7 - ковалентная полярная связь;
• Разница больше 1,7 - ионная связь.

Например, в молекуле хлороводорода HCl разница электроотрицательностей атомов хлора и водорода составляет 3,0 – 2,1 = 0,9. Значит, в HCl образуется ковалентная полярная связь с небольшим ионным характером.

А в молекуле углекислого газа CO2 разница электроотрицательностей атомов углерода и кислорода настолько велика (3,5 – 2,5 = 1,0), что образуется практически двойная связь с существенной долей ионного характера.

Таким образом, зная электроотрицательность элементов, можно теоретически предсказать тип химической связи в соединении еще до проведения эксперимента.