Sadržaj
- Struktura atoma
- Osnove kemijskog lijepljenja
- Kemijske veze i elektronegativnost
- Vrijednosti elektronegativnosti i periodična tablica
- Daljnji rad: Površinski atomi
Elektronegativnost je koncept u molekularnoj kemiji koji opisuje sposobnost atoma da privuku elektrone u sebe. Što je veća brojčana vrijednost elektronegativnosti datih atoma, to snažnije privlači negativno nabijene elektrone prema svom pozitivno nabijenom jezgru protona i (osim vodika) neutrona.
Budući da atomi ne postoje izolirano i umjesto toga tvore molekularne spojeve kombiniranjem s drugim atomima, koncept elektronegativnosti je važan jer određuje prirodu veza između atoma. Atomi se pridružuju drugim atomima kroz proces dijeljenja elektrona, ali to se doista može promatrati kao nerazlučiva igra potezanja tegova: Atomi ostaju povezani zajedno jer, iako niti jedan atom ne "pobjeđuje", njihova je suštinska uzajamna privlačnost drži da njihovi zajednički elektroni zumiraju oko neke prilično dobro definirane točke između njih.
Struktura atoma
Atomi se sastoje od protona i neutrona, koji čine središte ili jezgru atoma, i elektrona, koji „orbitiraju“ jezgrom, poput vrlo sitnih planeta ili kometa koji se vrte brzinom od ludila sunca. Proton nosi pozitivan naboj 1,6 x 10-19 coulombi ili C, dok elektroni nose negativni naboj iste veličine. Atomi obično imaju isti broj protona i elektrona, što ih čini električno neutralnim. Atomi obično imaju približno isti broj protona i neutrona.
Posebna vrsta ili raznolikost atoma, koja se naziva element, definirana je brojem protona koje ima, a naziva se atomskim brojem tog elementa.Vodik, s atomskim brojem 1, ima jedan proton; uran, koji ima 92 protona, odgovara broju 92 na periodičnoj tablici elemenata (vidi Resursi za primjer interaktivne periodične tablice).
Kad se atom podvrgne promjeni svog broja protona, to više nije isti element. Kad atom dobije ili izgubi neutrone, s druge strane ostaje isti element ali je an izotop izvornog, kemijski najviše stabilnog oblika. Kad neki atom dobije ili izgubi elektrone, a u suprotnom ostane isti, naziva se an ion.
Elektroni, koji se nalaze na fizičkim rubovima ovih mikroskopskih rasporeda, sastojci su atoma koji sudjeluju u povezivanju s drugim atomima.
Osnove kemijskog lijepljenja
Činjenica da su jezgre atoma pozitivno nabijene dok su elektroni koji se vrte na fizičkim granicama atoma negativno nabijeni određuje način na koji pojedini atomi međusobno djeluju. Kad su dva atoma međusobno vrlo blizu, odbijaju se jedan od drugog bez obzira na to koji elementi predstavljaju, jer se njihovi elektroni prvo "susreću", a negativni naboji potiskuju druge negativne naboje. Njihove jezgre, iako nisu toliko blizu kao njihovi elektroni, također se odbijaju. Međutim, kad su atomi dovoljno udaljeni, oni imaju tendenciju privlačenja jedni druge. (Ioni, kao što ćete uskoro vidjeti, izuzetak su; dva pozitivno nabijena iona uvijek će se odbijati jedan drugoga, a za negativno nabijene ionske pare.) To podrazumijeva da na određenoj ravnotežnoj udaljenosti, privlačne i odbojne sile uravnotežuju i atome ostat će na ovoj udaljenosti osim ako ih ne uznemire druge sile.
Potencijalna energija u paru atom-atom definirana je kao negativna ako se atomi privlače jedni drugima i pozitivna ako se atomi mogu slobodno odmaknuti jedan od drugog. Na ravnotežnoj udaljenosti potencijalna energija između atoma je na najnižoj (tj. Najnegativnijoj) vrijednosti. To se naziva energija veze dotičnog atoma.
Kemijske veze i elektronegativnost
Različite vrste atomskih veza isprepliću krajolik molekularne kemije. Za sadašnje svrhe najvažnije su ionske veze i kovalentne veze.
Pogledajte prethodnu raspravu o atomima koji imaju tendenciju odbijanja jedan drugoga izbliza prvenstveno zbog interakcije njihovih elektrona. Također je primijećeno da se slično nabijeni ioni međusobno odbijaju bez obzira na sve. Međutim, ako par iona ima suprotne naboje - to jest, ako je jedan atom izgubio elektron da bi preuzeo naboj +1, dok je drugi dobio elektron da bi preuzeo naboj od -1 - tada su dva atoma vrlo privlačna za svaki druge. Neto naboj svakog atoma otklanja bilo koje odbijajuće efekte koji mogu imati njihovi elektroni, a atomi se vežu. Budući da su ove veze između iona, nazivaju se ionske veze. Stolna sol, koja se sastoji od natrijevog klorida (NaCl) i koja se dobiva iz pozitivno nabijenog atoma natrija koji se veže na negativno nabijeni atom klora da bi stvorio električno neutralnu molekulu, primjer je ove vrste veze.
Kovalentne veze proizlaze iz istih načela, ali te veze nisu tako jake zbog prisutnosti nešto uravnoteženijih natjecateljskih sila. Na primjer, voda (H2O) ima dvije kovalentne vodiko-kisikove veze. Razlog zbog kojeg ove veze nastaju uglavnom je zbog toga što se vanjske elektronske orbite atoma "žele" ispuniti određenim brojem elektrona. Taj se broj razlikuje između elemenata, a dijeljenje elektrona s drugim atomima način je to postići čak i kad znači prevladavanje skromnih odbijajućih učinaka. Molekule koje uključuju kovalentne veze mogu biti polarne, što znači da, iako je njihov naboj jednak nuli, dijelovi molekule nose pozitivan naboj koji je drugdje uravnotežen negativnim nabojima.
Vrijednosti elektronegativnosti i periodična tablica
Paulingova ljestvica koristi se za određivanje koliko je elektronegativan određeni element. (Ova ljestvica svoje je ime dobila od pokojnog znanstvenika Linusa Paulinga, dobitnika Nobelove nagrade.) Što je veća vrijednost, žarniji je atom da privuče elektrone prema sebi u scenarijima koji su podvrgnuti mogućnosti kovalentnog vezivanja.
Najviši element ove ljestvice je fluor, kojem je dodijeljena vrijednost 4,0. Najniži su relativno nejasni elementi cezij i francij koji se prijavljuju na 0,7. Između elemenata s velikim razlikama javljaju se "neujednačene" ili polarne kovalentne veze; u tim slučajevima dijeljeni elektroni leže bliže jednom atomu nego drugom. Ako se dva atoma elementa međusobno povezuju, kao s O2 molekule, atomi su očito jednaki u elektronegativnosti, a elektroni leže jednako daleko od svakog jezgra. Ovo je nepolarna veza.
Položaj elementa na periodičnoj tablici nudi opće podatke o njegovoj elektronegativnosti. Vrijednost elektronegativnosti elemenata raste s lijeva na desno, kao i odozdo prema gore. Položaj fluora u gornjem desnom dijelu osigurava njegovu visoku vrijednost.
Daljnji rad: Površinski atomi
Kao i kod atomske fizike općenito, mnogo je toga što se zna o ponašanju elektrona i povezivanju, iako je eksperimentalno utvrđeno, uglavnom teoretski na razini pojedinih subatomskih čestica. Eksperimenti za provjeru što točno rade pojedini elektroni tehnički su problem, kao što je izoliranje pojedinačnih atoma koji sadrže te elektrone. U eksperimentima za ispitivanje elektronegativnosti, vrijednosti su tradicionalno dobivene, nužno, iz prosjeka vrijednosti velikog broja pojedinačnih atoma.
U 2017. godini, istraživači su mogli koristiti tehniku zvanu elektronska mikroskopija za ispitivanje pojedinih atoma na površini silicija i mjerenje vrijednosti njihove elektronegativnosti. To su učinili procjenom ponašanja silicija sa kisikom kada su ta dva elementa smještena na različite udaljenosti. Kako se tehnologija nastavlja poboljšavati u fizici, ljudsko znanje o elektronegativnosti dodatno će rasti.