关键要点
- 电负性是原子吸引电子的倾向
- 我们可以用它来预测化合物的键类型、化学反应性和物理性质
- 随着电负性差异的增加,键从非极性到共价键再到离子键
因为化学是关于物质相互作用的研究,所以涉及到许多关于预测原子、分子和化合物性质的理论和技术。自从他们的存在得到证明之后,科学家们一直对研究它们的性质感兴趣。最近,人们更加关注将粒子撞击在一起,观察它们的连接方式以及它们如何产生光。但是化学的一个核心原则是电负性的概念,这个概念在60多年前就被提出,并且对化学行为和反应有很大的影响。
当然,化学行为的决定因素还有很多,而不仅仅是电负性,但它是一个相当准确的预测起点。为此,我们将为您提供一个基于周期表的简单电负性图表,您可以用它来了解您的化合物将会如何行为,并了解它可能具有的键的类型。现在,让我们深入探讨。
什么是电负性?
从名称上看,您可能能够猜出电负性是什么。简单来说,电负性是指原子在形成化学键时吸引电子的倾向。实质上,一个原子通过较低电负性的另一个原子“吸引”或“占用”电子。每个元素的相对值来自保罗电负性表,这是由林纳斯·保罗发展起来的。他在价键理论的基础上进一步建立了化学性质之间的联系。电负性极大地影响元素键合的方式。因此,我们可以使用它来预测化合物在不同条件下的行为和反应。
什么因素影响电负性?
确定电负性并不简单,有很多因素影响元素的电负性,我们使用的值是相对测量。影响最大的因素是核中质子的数量,以及价电子(外层壳层)到核的距离。一般来说,这个距离越大,即元素具有更多的壳层,元素的电负性越低。这是由于电子屏蔽效应,电子与核之间的吸引相对较弱。因此,核不能像距离较短的元素那样吸引电子。相反,元素核中的质子越多,电负性越高。
电负性不能直接测量,因为它是基于元素性质之间的关系。最初,保罗根据键能和其他热化学数据构建了他的电负性表。通过计算共价键的能量差异,他能够为所有元素创建一个电负性表。所有的值都相对于氟,氟的电负性最大,为4.0。
如何使用电负性图表
电负性图表提供了对保林电负性标度的有用表达。通过简单地查看表格,你可以从中获得一个对电负性的基本了解,因为总的趋势是电负性从左到右,从下到上递增。正如之前提到的那样,这是因为质子数的增加意味着更大的电负性,核到价电子的距离较远意味着较低的电负性。质子数从左到右递增,原子大小(因此距离也)从下到上递减。这就是我们看到这个趋势的原因。
如果你想计算分子的电负性,你需要确定分子中每个化学键的电负性。为了做到这一点,只需考虑化学键中所含元素的电负性并计算差异。一般来说,小于0.5的差异显示出非极性键,其中元素共享电子平等。0.5到1.7之间的差异表示极性共价键,其中电子被不平等地共享。当差异大于1.7时,通常是离子键。这是其中一个原子基本上完全从另一个原子那里获得电子的地方。
然而,值得注意的是,这些值是相对的,并且有很多例外规则。例如,氨(nh3)和氢氟酸(hf)中的原子分别具有0.9和1.9的差异,但它们以极性共价方式结合。另一个有用的规则是非金属倾向于共价键结合,而金属和非金属倾向于离子键结合。
用于预测分子行为的简单电负性图表。
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使用图表-一个例子
我们已经介绍了电负性的基础知识以及如何使用图表。那么,让我们继续以一个例子来说明。
我们继续使用nh3和hf分子。我们可以看到n、h和f的电负性分别约为3.04、2.20和3.98。因此,我们预计n-h键的差异为0.84,而h-f键的差异为1.78。根据我们的粗略规则,这将表明nh3可能有一个极性共价键,而hf有一个离子键。然而,正如之前提到的,实际情况并非如此,因为h-f键也是极性共价键。如果我们考虑到h和f是非金属,这使得该键不太可能是离子键。
作为另一个例子,让我们看看两个非金属-金属化合物,即mni2和nacl。na-cl键的差异为2.23,而mn-i键的差异为1.11。这可能表明nacl将以离子键结合,而mni2可能以极性共价方式结合。然而,在实践中,这两种化合物都形成了离子键,因为它们是非金属-金属化合物。因此,最好同时考虑到分子中元素的类型以及它们的电负性。
我们可以通过电负性图表预测什么?
如前所述,你可以使用这个图表来预测分子的键类型,但这并不是一个保证的方法。除此之外,该图表可以帮助确定元素的电负性。这可以给我们提供关于它的极性以及它可能的反应方式的信息,以及关于物理性质的信息。这包括溶解度,沸点和熔点。
总结
总而言之,电负性图表并非确定分子行为的100%方法。但它们是预测的非常有用的工具。通过考虑化合物中两个原子之间的电负性差异,我们可以相当准确地了解它们如何结合在一起。我们还可以预测元素的一般反应性和极性。
此外,我们可以对它们的物理性质有一个了解。总体而言,电负性在周期表中从左到右、从下到上递增。这是因为随着核-电子距离的增加,电子被吸引得更少。同样地,随着核子质子数的增加,电子被吸引得更强烈。由于原子大小从上到下增加,而质子数从左到右增加,我们看到了这种趋势。电负性的值是相对于氟,氟的值最大为4.0。