الکترونگاتیوی

تهیه کننده: سید رسول زهرائی
منبع: راسخون

الکترونگاتیوی یا الکترونگاتیویته یک اتم میزان تمایل نسبی آن اتم برای کشیدن الکترونهای یک پیوند کووالانسی به سمت هسته خود است. اتم وقتی در لایه ظرفیت خود الکترون کمتری داشته باشد تمایلش به گرفتن و یا دادن الکترون بیشتر می‌شود. هرچه عنصری تمایل بیشتری به گرفتن الکترون داشته باشد الکترونگاتیوتر است.
اگرچه الکترونگاتیویته قطبیت پیوندهای شیمیایی بین اتم های یک مولکول را تعیین می کند اما عامل تعیین کننده قطبیت کلی مولکول نیست چون مولکول می تواند دارای مرکز تقارن باشد. در این حالت قطبیت پیوندها نسبت به هم به گونه ای خنثی می شود که قطبیت کلی مولکول را صفر در نظر می گیرند. بنابراین در مولکول هایی که فاقد مرکز تقارن مولکولی هستند می توان قطبیت کلی مولکول را با تعیین جهت بردار ممان دو قطبی در آنها نتیجه گرفت.
الکترونگاتیوی بایک مقیاس نسبی سنجیده می شود. دراین مقیاس برای اجتناب از درج اعداد منفی،به اتم فلوئور به عنوان الکترونگاتیوترین عنصر،الکترونگاتیوی ۴ نسبت داده شده است و مقادیر الکترونگاتیوی برای عنصرهای دیگر نسبت به این مقدار محاسبه می شود. در این محاسبات،گازهای نجیب را در نظر نمی گیرند، زیرا این عناصربه تعداد کافی ترکیب های شیمیایی تشکیل نمی دهند. به طور کلی مقادیر الکترونگانیوی در یک گروه از عناصراز بالا به پایین کاهش و در یک دوره از جدول تناوبیاز چپ به راست افزایش می یابد. بنابراین کم ترین مقدار الکترونگاتیوی را می توان سزیم در پایین و سمت چپ جدول و بیش ترین مقدار الکترونگاتیوی (با چشم پوشی از گازهای نجیب) را به اتم فلوئور در بالا و سمت راست جدول نسبت داد.

مقیاس نسبی پاولینگ

مقیاس نسبی الکترونگاتیوی پاولینگ ، متداول ترین مقیاس و مبتنی بر مقادیر تجربی انرژی‌های پیوندی است. مقدار انرژی اضافی که از جاذبه متقابل بارهای جزئیб+ و б- اضافه بر انرژی پیوند کووالانسی آزاد می‌شود، به قدر مطلق б و به تفاوت الکترونگاتیوی دو عنصر پیوند شده بستگی دارد. در محاسبات الکترونگاتیوی تنها تفاوت الکترونگاتیوی عناصر تعیین می‌شود. برای بنا کردن یک مقیاس ، به اتم F (الکترونگاتیوترین عنصر) به طور دلخواه عدد 4 نسبت داده شده است.

افزایش الکترو نگاتیوی عناصر

الکترونگاتیوی عناصر با افزایش تعداد الکترون‌های والانس و همچنین کاهش اندازه اتم افزایش می‌یابد و در هر دوره از جدول تناوبی از چپ به راست و در هر گروه از پایین به بالا افزایش می‌یابد.

الکترونگاتیوی فلزات و نافلزات

فلزات ، جاذبه کمی برای الکترون‌های والانس دارند و الکترونگاتیوی آنها حاکم است، ولی نافلزات ، به استثنای گازهای نجیب ، جاذبه قوی برای این گونه الکترون‌ها دارند و الکترونگاتیوی آنها زیاد است.

کاربردهای مقادیر الکترو نگاتیوی

• می‌توان برای تعیین میزان واکنش پذیری فلزات و نافلزات به کار برد.
• برای پیش بینی خصلت پیوندهای یک ترکیب به کار برد. هر چه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر بیشتر باشد پیوند بین آنها قطبی‌تر خواهد بود. هرگاه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر در حدود 1.7 باشد. خصلت یونی نسبی پیوند بیش از 50% است.
اگر اختلاف الکترونگاتیوی صفر و یا خیلی کوچک باشد. پیوند کما بیش ناقطبی است، هر چه اختلاف الکترو نگاتیوی بیشتر باشد، پیوند کووالانسی قطبی‌تر خواهد بود. در این پیوندها ، اتمی که الکترونگاتیوی بیشتری دارد، بار منفی جزئی را خواهد داشت.

آیا الکترو نگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت است؟

مفهوم الکترونگاتیوی غیر دقیق است. زیرا این خاصیت نه تنها به ساختار اتم مورد بحث بستگی دارد، بلکه تعداد و ماهیت اتم‌های دیگری که به اتم مزبور پیوند داده شده‌اند نیز در آن دخالت دارد. بنابراین ، الکترونگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت نیست مثلا الکترونگاتیوی فسفر در ترکیب (PCl3) متفاوت از الکترونگاتیوی آن در ترکیب (PF5) است.

عوامل مؤثر بر الکترونگاتیوی

با توجه به اینکه مقدار انرژی هر پیوند، مقدار انرژی یونیزاسیون، مقدار انرژی الکترونخواهی، بار مؤثر هسته و شعاع کووالانسی اتم مقدار ثابتی است، چنین به نظر می‌آید که الکترونگاتیوی هر اتم، خاصیتی تغییر ناپذیر و مقدار آن همواره ثابت است. ولی این تصوری بیش نیست. زیرا بررسیها نشان داده است که الکترونگاتیوی اتم خصلتی تغییرپذیر است و چگونگی و میزان این تغییر به وضعیت اوربیتالهای اتم، یعنی به نوع هیبریداسیون اوربیتالهای آن و نیز به تعداد و نوع اتمها یا گروههای اتمی که در ترکیبات با آن پیوند دارند (یعنی در حقیقت به مقدار بار الکتریکی جزئی آن در ترکیب موردنظر) بستگی دارد. با توجه به اهمیت این موضوع، به بررسی آن می‌پردازیم.

(1تاثیر هیبریداسیون اوربیتالها در مقدار الکترونگاتیوی اتم

اصولاً هیبریدشدن اوربیتال‌های یک اتم ضمن ترکیب شدن آن با اتمهای دیگر، موجب افزایش مقدار الکترونگاتیوی آن می‌شود. زیرا، اوربیتال sلایه ظرفیت آن اتم در تشکیل اوربیتالهای هیبریدی همراه با اوربیتالهای pو dشرکت می‌کند. چون سطح انرژی تراز sلایه ظرفیت از سطح انرژی ترازهای Pو dدر عناصر اصلیپایین‌تر است، اوربیتالهای هیبریدی حاصل، نسبت به اوربیتالهای اتمی خالص pو یا d، تحت تأثیر نیروی جاذبه بیشتری از طرف هسته اتم قرار می‌گیرد. در نتیجه، اتم به جذب الکترونهای پیوندی تمایل بیشتری پیدا می‌کند. به بیانی دیگر، الکترونگاتیوی آن بیشتر می‌شود. بر این اساس، می‌توان پیش‌بینی کرد که هر چه سهم اوربیتال s در تشکیل اوربیتالهای هیبریدی بیشتر باشد (به بیانی دیگر، هر چه اوربیتالهای هیبریدی دارای خصلت sبیشتری باشند)، الکترونگاتیوی اتم در پیوندی که با چنین اوربیتال هیبریدی تشکیل می‌شود، بیشتر خواهد بود.
دانشمندانی چون بنت، مولیکن، یافه و هینس چگونگی و میزان تاثیر هیبرید شدن اوربیتالها را بر الکترونگاتیوی اتم، مورد بررسی قرار دادند. در جدول زیر، به عنوان نمونه، مقادیر الکترونگاتیوی اتمهای کربن، نیتروژن و اکسیژن در ترکیبات مختلف آنها در ارتباط با هیبریداسیون اوربیتالها که توسط هینس و یافه در سال 1962 به دست آمد، نشان داده شده است.
با توجه به داده‌های جدول، الکترونگاتیوی 3 در مورد اتم نیتروژن را باید به حالت حد واسطی بین اوربیتال خالص pو اوربیتال هیبریدیsp3 و الکترونگاتیوی 5/3 برای اتم اکسیژن را نیز باید به حالت حد واسطی بین اوربیتال pخالص و اوربیتال هیبریدیsp3 نسبت داد.
همان‌طور که داده‌های جدول نشان می‌دهد، میزان تاثیر هیبریداسیون اوربیتالها در تغییر الکترونگاتیوی عناصر مختلف یکسان نیست. بلکه، هر چه اتم کوچکتر و الکترونگاتیوی آن بیشتر باشد، شدت این تأثیر بیشتر است.

جدول: مقادیر الکترونگاتیوی اتمهای کربن،نیتروژن و اکسیژن در ارتباط با نوع هیبریداسیون اوربیتالهای آنها در ترکیبات مختلف.
عنصر	هیبریداسیون	ترکیب نمونه	درصدS	مقدار الکترونگاتیوی
کربن	p	رادیکالCH	0	1.75
	Sp3	اتان	25	2.48
	SP2	اتیلن	33.33	2.75
	SP	استیلن	50	3.29
نیتروژن	P	رادیکالNH	0	2.28
	SP3	الکیل آمین	25	3.68
	SP2	پیریدین	33.33	4.13
	SP	الکیل نیتریل	50	5.07
اکسیژن	P	رادیکالOH	0	3.04
	SP3	آب	25	4.93

II) تأثیر بار الکتریکی جزئی اتم بر الکترونگاتیوی آن

هینس و یافه در سال 1962 و هیویی در سال 1965 با بررسیهای دقیقی که انجام داده بودند، دریافتند که الکترونگاتیوی عناصر نه تنها برحسب نوع هیبریداسیون اوربیتالهای لایه ظرفیت آنها در یک ترکیب تغییر می‌کند، بلکه از تغییرات بار الکتریکی جزئی اتم در آن ترکیب نیز پیروی می‌کند. به طوری که مجموع مقادیر انرژیهای یونیزاسیون و الکترونخواهی اتم، نسبت به بار الکتریکی آن در آن ترکیب، همواره به صورت یک سهمی تغییر می‌کند. یعنی می‌توان نوشت:

III) تأثیراتمهای دیگر در الکترونگاتیوی اتم مرکزی، الکترونگاتیوی گروهها و رادیکالها

با توجه به آنچه که گفته شد، بدیهی است که مقدار مشخصی از الکترونگاتیوی اتم را نمی‌توان به آن اتم در ترکیبات مختلف آن نسبت داد. مثلاً حتی با وجود اینکه هیبریداسیون اوربیتالهای اتم کربن در ترکیباتی نظیرch3chbr3,chcl3,chf3,chو غیره از نوع SP3است، اما الکترونگاتیوی کربن در پیوند در آنها برابر نیست زیرا در گروههایcbr3ccl,ch3 وci3 ، پیوندهای X-Cقطبی بوده و میزان قطبیت آنها، در این گروهها یکسان نیست. در نتیجه مقدار بار الکتریکی که بر روی هر اتم کربن القا می‌کنند، متفاوت است و با توجه به الکترونگاتیوی کربن در آنها با یکدیگر تفاوت دارد. بر این اساس انتظار می‌رود که الکترونگاتیوی کربن در گروههای نامبرده به ترتیب زیر تغییر کند:

متداول‌ترین مقیاس الکترونگاتیویته

مقیاس نسبی الکترونگاتیوی پاولینگ ، متداول‌ترین مقیاس و مبتنی بر مقادیر تجربی انرژی‌های پیوندی است. مقدار انرژی اضافی که از جاذبه متقابل بارهای جزئی б+ و б- اضافه بر انرژی پیوند کووالانسی آزاد می‌شود، به قدر مطلق б و به تفاوت الکترونگاتیوی دو عنصر پیوند شده بستگی دارد. در محاسبات الکترونگاتیوی تنها تفاوت الکترونگاتیویته عناصر تعیین می‌شود. برای بنا کردن یک مقیاس ، به اتم F (الکترونگاتیوترین عنصر) بطور دلخواه عدد 4 نسبت داده شده است.
مقیاس الکترونگاتیوی پاولینگ ، متداول‌ترین مقیاس و مبتنی بر مقادیر تجربی انرژیهای پیوند است. مثلا انرژی پیوند Br-Br ، انرژی لازم برای تفکیک مولکول Br2 به اتمهای Br است. برای تفکیک یک مول از مولکولهای Br2 به اندازه 46+ کیلو کالری انرژی لازم است. انرژی پیوند H-H برابر 104+ کیلو کالری بر مول است.

تعاریف مختلف الکترونگاتیویته

الکترونگاتیویته ، در روشهای متفاوتی تعریف شده است که برخی از آنها به اختصار توضیح داده می‌شود.

الکترونگاتیویته پاولینگ

انرژی اضافی پیوند A-B نسبت به متوسط انرژی پیوندهای A-A و B-B می‌تواند به حضور سهم یونی در پیوند کوالانسی نسبت داده شود. اگر انرژی پیوند A-B بطور قابل ملاحظه ای از متوسط پیوندهای غیر قطبی A-A و B-B متفاوت باشد، می‌توان فرض کرد که سهم یونی در تابع موج و بنابراین اختلاف بزرگ در الکترونگاتیوی وجود دارد.

الکترونگاتیویته آلرد_روکر

در این تعریف ، الکترونگاتیویته توسط میدان الکتریکی بر سطح اتم مشخص می‌شود. بنابرین الکترون در یک اتم بار موثر هسته‌ای را احساس می‌کند. بر طبق این تعریف ، عناصری با الکترونگاتیویته بالا آنهایی هستند که با بار هسته‌ای موثر بزرگ و شعاع کوالانسی کوچک ، این عناصر در نزدیکی فلوئور قرار دارند.

الکترونگاتیویته مولیکن

مولیکن تعریف خود را بر پایه داده‌های طیف‌های اتمی نهاد. او فرض کرد که توزیع دوباره الکترون در طی تشکیل تر کیب به گونه‌ای است که در آن یک اتم به کاتیون (توسط ار دست دادن الکترون) و اتم دیگر به آنیون (توسط گرفتن الکترون) تبدیل می‌شود.
اگر یک اتم دارای انرژی یونیزاسیون بالا و الکترون‌خواهی بالا باشد، احتمالا در هنگام تشکیل پیوند ، الکترونها را به سوی خود می‌کشد. بنابراین بعنوان الکترونگاتیو شناخته می‌شود. از طرف دیگر اگر انرژی یونش و الکترون‌خواهی آن ، هر دو کوچک باشد تمایل دارد تا الکترون از دست بدهد. بنابراین به عنوان الکترو پوزیتیو طبقه بندی می‌شود.
این مشاهدات تعریف مولیکن را به عنوان مقدار متوسط انرژی یونش و الکترون‌خواهی عنصر معرفی می‌کند.

تغییرات الکترونگاتیویته عناصر

الکترونگاتیویته عناصر با افزایش تعداد الکترون‌های والانس و همچنین کاهش اندازه اتم افزایش می‌یابد و در هر دوره از جدول تناوبی از چپ به راست و در هر گروه از پایین به بالا افزایش می‌یابد. فلزات ، جاذبه کمی برای الکترون‌های والانس دارند و الکترونگاتیوی آنها حاکم است، ولی نافلزات ، به استثنای گازهای نجیب ، جاذبه قوی برای این‌گونه الکترون‌ها دارند و الکترونگاتیوی آنها زیاد است.
بطور کلی ، الکترونگاتیوی عناصر در هر دوره از چپ به راست (با افزایش تعداد الکترونهای والانس) و در هر گروه از پایین به بالا (با کاهش اندازه اتم) افزایش می‌یابد. بنابراین ، الکترونگاتیوترین عناصر ، در گوشه بالایی سمت راست جدول تناوبی (بدون در نظر گرفتن گازهای نجیب) و عناصری که کمترین الکترونگاتیوی را دارند، در گوشه پایینی سمت چپ این جدول قرار دارند. این سیر تغییرات ، با سیر تغییرات پتانسیل یونش و الکترون‌خواهی عناصر در جدول تناوبی هم‌جهت است.

مفهوم الکترونگاتیوی

مفهوم الکترونگاتیوی گرچه مفید است، ولی دقیق نیست. روشی ساده و مستقم برای اندازه گیری خاصیت الکترونگاتیویته وجود ندارد و روشهای گوناگون برای اندازه گیری آن پیشنهاد شده است. در واقع چون این خاصیت علاوه بر ساختمان اتم مورد نظر به تعداد و ماهیت اتمهای متصل به آن نیز بستگی دارد، الکترونگاتیوی یک اتم نامتغیر نیست.
انتظار می‌رود که الکترونگاتیوی فسفر در PCl3 با الکترونگاتیوی آن در PCl5 تفاوت داشته باشد. از اینرو ، این مفهوم را تنها بایستی نیمه‌کمی تلقی کرد. بنابراین می‌توان گفت که قطبی بودن مولکول HCl ناشی از اختلاف بین الکترونگاتیوی کلر و هیدروژن است چون کلر الکترونگاتیوتر از هیدروژن است، آن سر مولکول که به کلر منتهی می‌شود، سر منفی دو قطبی است.

توجیه پیوند یونی با خاصیت الکترونگاتیویته

پیوند یونی بین غیرفلزات وقتی تشکیل می‌شود که اختلاف الکترونگاتیوی آنها خیلی زیاد نباشد. در اینگونه موارد، اختلاف الکترونگاتیوی عناصر نشان دهنده میزان قطبی بودن پیوندهای کووالانسی است. اگر اختلاف الکترونگاتیوی صفر یا خیلی کوچک باشد، می‌توان گفت که پیوند اساسا غیر قطبی است و اتمهای مربوط ، سهم مساوی یا تقریبا مساوی در الکترونهای پیوند دارند.
هر چقدر اختلاف الکترونگاتیوی بیشتر باشد پیوند کووالانسی قطبی‌تر خوهد بود (پیوند در جهت اتم الکترونگاتیوتر قطبی می‌شود). بنابراین با توجه به مقادیر الکترونگاتیوی می‌توان پیشگویی کرد که HF قطبی‌ترین هیدروژن هالیدها است و انرژی پیوندی آن بیشتر از هر یک از این ترکیبات است. البته نوع پیوندی که بین دو فلز تشکیل می‌شود، پیوند فلزی و در آن اختلاف الکترونگاتیوی نسبتا کم است.

کاربردهای الکترونگاتیویته

• می‌توان برای تعیین میزان واکنش پذیری فلزات و غیر فلزات بکار برد.
• می‌توان برای پیش‌بینی خصلت پیوندهای یک ترکیب بکار برد. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر بیشتر باشد، پیوند بین آنها قطبی‌تر خواهد بود. هرگاه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر در حدود 1.7 باشد، خصلت یونی نسبی پیوند بیش از 50% است.
• اگر اختلاف الکترونگاتیوی صفر و یا خیلی کوچک باشد، پیوند غیر قطبی است. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی بیشتر باشد، پیوند کووالانسی قطبی‌تر خواهد بود. در این پیوندها ، اتمی که الکترونگاتیوی بیشتری دارد، بار منفی جزئی را خواهد داشت.
• با استفاده از مقادیر الکترونگاتیوی می‌توان نوع پیوندی را که یک ترکیب ممکن است داشته باشد، پیش‌بینی کرد. وقتی دو عنصر با اختلاف الکترونگاتیوی زیاد با یکدیگر ترکیب می شوند، یک ترکیب یونی حاصل می‌شود. مثلا اختلاف الکترونگاتیوی سدیم و کلر 2.1 است و NaCl یک ترکیب یونی است.

آیا الکترونگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت است؟

مفهوم الکترونگاتیوی غیر دقیق است. زیرا این خاصیت نه تنها به ساختمان اتم مورد بحث بستگی دارد، بلکه تعداد و ماهیت اتم‌های دیگری که به اتم مزبور پیوند داده شده‌اند نیز در آن دخالت دارد. بنابراین الکترونگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت نیست مثلا الکترونگاتیوی فسفر در ترکیب (PCl3) متفاوت از الکترونگاتیوی آن در ترکیب (PCl5) است.

متداول‌ترین مقیاس الکترونگاتیویته

تعاریف مختلف الکترونگاتیویته

الکترونگاتیویته ، در روشهای متفاوتی تعریف شده است که برخی از آنها به اختصار توضیح داده می‌شود.

الکترونگاتیویته پاولینگ

الکترونگاتیویته آلرد_روکر

الکترونگاتیویته مولیکن

تغییرات الکترونگاتیویته عناصر

مفهوم الکترونگاتیوی

توجیه پیوند یونی با خاصیت الکترونگاتیویته

کاربردهای الکترونگاتیویته

می‌توان برای تعیین میزان واکنش پذیری فلزات و غیر فلزات بکار برد.
می‌توان برای پیش‌بینی خصلت پیوندهای یک ترکیب بکار برد. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر بیشتر باشد، پیوند بین آنها قطبی‌تر خواهد بود. هرگاه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر در حدود 1.7 باشد، خصلت یونی نسبی پیوند بیش از 50% است.
اگر اختلاف الکترونگاتیوی صفر و یا خیلی کوچک باشد، پیوند غیر قطبی است. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی بیشتر باشد، پیوند کووالانسی قطبی‌تر خواهد بود. در این پیوندها ، اتمی که الکترونگاتیوی بیشتری دارد، بار منفی جزئی را خواهد داشت.
با استفاده از مقادیر الکترونگاتیوی می‌توان نوع پیوندی را که یک ترکیب ممکن است داشته باشد، پیش‌بینی کرد. وقتی دو عنصر با اختلاف الکترونگاتیوی زیاد با یکدیگر ترکیب می شوند، یک ترکیب یونی حاصل می‌شود. مثلا اختلاف الکترونگاتیوی سدیم و کلر 2.1 است و NaCl یک ترکیب یونی است.

آیا الکترونگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت است؟

الکترونگاتیوی

تازه های مقالات

بیشترین بازدید هفته