Загадочное свойство химических элементов - электроотрицательность - увеличивается в определенном порядке при движении по периодической таблице. Эта закономерность таит в себе множество тайн строения вещества.
Понятие электроотрицательности
Электроотрицательность (ЭО) — это количественная характеристика способности атома притягивать к себе электроны при образовании химической связи с другими атомами. Чем выше электроотрицательность элемента, тем сильнее его атомы оттягивают на себя общие электронные пары в молекулах и кристаллах.
Термин "электроотрицательность" в 1811 году ввел шведский химик Й. Я. Берцелиус. Однако лишь в 1932 году американский физико-химик Лайнус Полинг предложил количественную шкалу для измерения этого свойства. С тех пор ученые не перестают совершенствовать методы определения электроотрицательности.
Знание электроотрицательности элементов чрезвычайно важно для понимания и прогнозирования свойств образуемых ими соединений. ЭО во многом определяет тип химической связи (ковалентная, ионная), направление окислительно-восстановительных реакций, растворимость веществ и другие характеристики.
Рекордсмены по электроотрицательности
- Наиболее электроотрицательный элемент – фтор (F), ЭО = 4
- Высокая ЭО у кислорода (O), азота (N) и галогенов
- Наименее электроотрицателен франций (Fr), ЭО = 0,7
- Низкая ЭО у щелочных и щелочноземельных металлов
Измерение и сравнение электроотрицательности
Существует несколько подходов к количественной оценке электроотрицательности химических элементов. Рассмотрим основные шкалы ЭО.
Шкала Полинга
Наиболее широко используется относительная шкала электроотрицательности элементов, предложенная Лайнусом Полингом в 1932 году. В ней за единицу принята ЭО лития (Li), равная 1. ЭО остальных элементов выражается относительно лития.
| Элемент | Фтор (F) | Кислород (O) | Литий (Li) | Франций (Fr) |
| ЭО | 4 | 3,5 | 1 | 0,7 |
Преимущества шкалы Полинга в простоте и наглядности. Она позволяет легко сравнивать элементы по электроотрицательности.
Другие подходы к измерению ЭО
Кроме шкалы Полинга существуют и другие способы количественной оценки ЭО. Например, шкала Малликена основана на расчете энергии ионизации и сродства к электрону. Шкала Олреда – Рохова использует электростатическое взаимодействие в молекуле. Разные подходы дают значения ЭО в разных единицах измерения.
Электроотрицательность увеличивается в периодической таблице
В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева существует четкая закономерность изменения электроотрицательности элементов.
Электроотрицательность возрастает:
- слева направо в периодах
- снизу вверх в группах
Эту зависимость можно объяснить особенностями электронного строения атомов. При движении к элементам-неметаллам усиливается способность атомов притягивать электроны за счет увеличения заряда ядра и уменьшения радиуса атома.
Однако свойства некоторых элементов не вписываются в общую закономерность. Например, электроотрицательность марганца (1,5) выше, чем у хрома (1,6). Подобные отклонения связаны со сложностями электронного строения переходных металлов.
Тем не менее, общая тенденция сохраняется. Знание закономерностей изменения ЭО позволяет прогнозировать свойства образуемых элементами соединений, например их полярность, растворимость, термическую устойчивость.
Влияние электроотрицательности на свойства веществ
Электроотрицательность во многом определяет физические и химические свойства образуемых элементами соединений. Рассмотрим некоторые закономерности.
Тип химической связи
Чем больше разница в ЭО атомов, тем сильнее они притягивают общие электроны, и тем более полярный характер приобретает связь.
При разнице ЭО:
- 0-0,4 — ковалентная неполярная связь;
- 0,4-1,7 — ковалентная полярная связь;
- более 1,7 — ионная связь.
Например, в молекуле хлороводорода HCl разница ЭО атомов хлора и водорода составляет 2,1. Поэтому между ними образуется ионная связь.
Растворимость веществ
Чем выше разница в ЭО катиона и аниона, тем легче образованное ими вещество растворяется в воде за счет сольватации ионов.
Так, хлорид натрия NaCl с большой разницей ЭО ионов хорошо растворим в воде, а сульфид серебра Ag2S плохо растворяется из-за малой разницы ЭО ионов.
Направление окислительно-восстановительных реакций
Элемент с бόльшей ЭО является более сильным окислителем и притягивает электроны от элемента с меньшей ЭО:
Mg (ЭО=1,2) + CuSO4 -> MgSO4 + Cu (ЭО=1,9)
Здесь магний отдает электроны меди, так как ЭО меди выше.
Влияние условий на электроотрицательность
Хотя электроотрицательность считается характеристикой самого элемента, на нее могут влиять внешние факторы.
Давление
С увеличением давления и плотности вещества электроотрицательность элементов возрастает. Это связано с деформацией электронных оболочек и изменением радиусов атомов.
Особенно сильно на ЭО влияет давление у легких элементов, например у водорода.
Температура
Повышение температуры ведет к некоторому снижению электроотрицательности за счет теплового расширения и увеличения межатомных расстояний.
Однако это влияние невелико и проявляется лишь при очень высоких температурах порядка тысяч градусов.
Химическое окружение
На электроотрицательность атома влияет его окислительное число и химическое окружение в молекуле. Чем выше окислительное число, тем электроотрицательность элемента больше.
Например, ЭО азота в аммиаке NH3 составляет 3,0, а в азотной кислоте HNO 3 достигает 3,5.
