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Elektronegativität im Periodensystem

Das Elektronegativität (UND) oder elektronegativer Wert (UND W) ist ein Maß für die Tendenz eines Atoms, das mit einem benachbarten Atom eine chemische Bindung eingeht, die gemeinsame Elektronenwolke anzuziehen.

Die Elektronegativität steigt diagonal im Periodensystem. Francium und Cäsium (unten links) den niedrigsten Wert haben, Fluor (oben rechts) die höchste.

Wann Wasserstoffgas (H₂) und Fluorgas (F₂) reagieren miteinander zu zwei Molekülen Fluorwasserstoff (HR):

${displaystyle mathrm {H_{2} F_{2} longrightarrow 2 HF} }$

Wenn zwei gleiche Atome ein Molekül bilden, zum Beispiel ein Wasserstoffmolekül (H-H) oder ein Fluormolekül (F-F), ziehen sie mit derselben „elektronischen Kraft“ an der Elektronenwolke. Die Elektronenwolke ist dann im Molekül perfekt symmetrisch verteilt und hat daher kein permanentes Dipolmoment μ: die Bindung ist streng kovalent. Die Bindung zwischen verschiedenen Atomen ist jedoch wie im HF-Molekül Polar-. Die Elektronenwolke wird mehr zum Fluoratom als zum Wasserstoffatom gezogen. Dies liegt daran, dass Ionisationspotential und der Elektronenaffinität der beiden Elemente sind unterschiedlich. Man könnte auch sagen, dass das Molekül statistisch gesehen zeitweise aus einem H- und ein F⁻-Ion. Wasserstoff gibt dann sozusagen das Elektron an Fluor ab, aufgrund der Unterschiede im Ionisationspotential und der Elektronenaffinität. Das war von Linus Pauling in einem Konzept enthalten, der Elektronegativität.

Trends in der Elektronegativität

Im Allgemeinen zeigt das Periodensystem einige Trends in der Elektronegativität der Elemente. Von links nach rechts in a Zeitspanne Elektronegativität steigt. Dies liegt daran, dass die Elemente auf der rechten Seite mehr Protonen haben, sodass der Kern eine größere Anziehungskraft auf die Elektronenhüllen hat. Die Elektronenhüllen sind daher näher am Kern und der Atomradius ist kleiner. Sind die Schalen näher am Kern, wo die Anziehungskraft der Protonen größer ist, werden „fremde“ Elektronen leichter eingefangen.

Von oben nach unten im selben Gruppe die Elektronegativität nimmt ab. Im Allgemeinen steigt die Elektronegativität im Periodensystem diagonal von links unten nach rechts oben an. Unten links sind die Metall Elemente mit relativ geringer Elektronegativität. Oben rechts sind die Halbmetalle und nichtmetallisch, die eine relativ hohe Elektronegativität aufweisen.

Biene chemische Verbindungen der Unterschied in der Elektronegativität zwischen den beiden Atomen bestimmt den Charakter der Verbindung. Atome mit großem Elektronegativitätsunterschied (insbesondere Metalle mit Nichtmetallen) bilden sich ionische Verbindungen. Bildung von Atomen mit einem kleinen Unterschied in der Elektronegativität kovalente Verbindungen. Bei kovalenten Verbindungen gilt: je kleiner der Unterschied in der Elektronegativität, desto schwächer ist der Polarität der Verbindung. Atome des gleichen Elements haben die gleiche Elektronegativität und Form unpolar kovalente Verbindungen.

Elektronegativität nach Pauling

Linus Pauling hat eine Möglichkeit entwickelt, diese Eigenschaft pro chemischem Element in einer Zahl auszudrücken und die Größe der Dipol des Moleküls. Er begann von der DissoziationEnergien der drei Moleküle, im obigen Beispiel von HF: d(HH), d(FF) und d(HF). Diese sind leicht messbar. Ist die Verbindung zweier Elemente ebenfalls rein kovalent, beträgt die Dissoziationsenergie bei Ansatz es geometrisches oder geometrisches Mittel aus dem der Elemente:

${displaystyle E_{mathrm {kovalent} }={sqrt {D(mathrm {HH})D(mathrm {FF})}}}$

Bei HF ist dies jedoch sicherlich nicht der Fall. Wir können dann einen Ionizitätsgrad definieren:

${displaystyle E_{mathrm {ionisch} }=D(mathrm {HF})-{sqrt {D(mathrm {HH})D(mathrm {FF})}}}$

Es stellt sich empirisch heraus, dass beim Vergleich von zweiatomigen Molekülen, die aus Kombinationen verschiedener Elemente bestehen, die Quadratwurzel von E_ionisch ist ungefähr additiv. So ist das Maßstab von Pauling wobei jedes Element eine Elektronegativität χ . hat_X ist verliehen. In guter Näherung für H-F E_ionisch^1/2 gefunden werden von:

${displaystyle {sqrt {E_{mathrm {ionic} }}}=Kcdot |chi _{mathrm {H} }-chi _{mathrm {F} }|}$

Außerdem ist der Faktor k so gewählt, dass χ_huh-χ_f ungefähr der Dipol des Moleküls in auf Wiedersehen gibt (1 debye = 3.336 10⁻³⁰C·ich).

Für HF finden wir E_ionisch^1/2= K|χ_huh-χ_f| = 10*|2,20-3,98| = 17,8 kJ und μ = 1,78 D. Der Messwert für HF beträgt μ = 1,91 D. Das bedeutet, dass Fluorwasserstoff etwa 1,78/1,91 bzw. 93,19 % ionischen Charakter und nur 6,81 % kovalenten Charakter hat.

Elektronegativitätstabelle nach Pauling

Die folgende Abbildung zeigt die Werte nach der Pauling-Skala.^[1]

Periodensystem mit Angabe der Elektronegativität pro Element.

Faustregeln

Als Faustregel wird häufig folgendes System verwendet:

Beispiele:

• Chlorwasserstoff (HCl) ist eine polare kovalente Bindung, denn ΔENW = ENW(Cl) - ENW(H) ~ 1. Dennoch kann man nicht sagen, dass HCl vollständig polar kovalent ist. Auf Basis der experimentell ermittelten und der theoretisch berechneten Dipolmoment man kann bestimmen, wie viel Prozent des polaren kovalenten und ionischen Charakters HCl hat. Diese Berechnungen zeigen, dass HCl ungefähr 16,9 % ionisch und 83,1 % (polar) kovalent ist. Salzsäure ist somit überwiegend kovalent, aber nicht vollständig.
• Natriumchlorid (NaCl) ist ionisch, da ΔENW = 2.23.
• Wasserstoffgas (H₂) ist unpolar kovalent, weil ΔENW = 0.

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