Tartalom
- Az atom felépítése
- A kémiai kötés alapjai
- Kémiai kötések és elektronegativitás
- Elektronegativitási értékek és a periódusos rendszer
- További munka: Felszíni atomok
Az elektronegativitás egy fogalom a molekuláris kémiában, amely leírja az atomok azon képességét, hogy vonzzák az elektronokat magukhoz. Minél nagyobb az adott atomok elektronegativitásának numerikus értéke, annál erősebben negatív töltésű elektronokat húz a pozitív töltésű protonmag és (a hidrogén kivételével) neutronjai felé.
Mivel az atomok nem léteznek elszigetelten, hanem molekuláris vegyületeket képeznek, más atomokkal kombinálva, az elektronegativitás fogalma fontos, mivel meghatározza az atomok közötti kötés jellegét. Az atomok az elektronok megosztása révén csatlakoznak más atomokhoz, de ezt inkább a háború elháríthatatlan játékának lehet tekinteni: az atomok egymáshoz kötődnek, mert bár egyik atom sem "nyer", lényeges kölcsönös vonzerejük megtartja megosztott elektronjaik közelségét egy meglehetősen pontosan meghatározott pont körül.
Az atom felépítése
Az atomok protonokból és neutronokból állnak, amelyek alkotják az atomok középpontját vagy atommagját, és elektronokból állnak, amelyek inkább "keringnek" a magon, mint nagyon apró bolygók vagy üstökösök, amelyek egy apró nap körül hullámzó sebességgel forognak. A proton pozitív töltése 1,6 x 10-19 coulombs vagy C, míg egy elektron ugyanolyan nagyságrendű negatív töltéssel rendelkezik. Az atomok általában azonos számú protonokkal és elektronokkal rendelkeznek, tehát elektromosan semlegesek. Az atomok általában körülbelül azonos számú protont és neutronot tartalmaznak.
Egy adott atomtípust vagy fajtát, amelyet elemnek neveznek, a protonok száma határozza meg, amelyet az elem atomszámának neveznek.Az 1 atomszámú hidrogénnek egy protonja van; Az urán, amelynek 92 protonja van, ennek megfelelõen a 92-es szám van az elemek periodikus táblájában (lásd az Források egy interaktív periódikus táblázat példáját).
Amikor egy atom megváltozik a protonszámában, akkor már nem ugyanaz az elem. Másrészt, ha egy atom megszerezi vagy elveszíti a neutronokat, akkor ugyanaz az elem marad, de egy izotóp az eredeti, kémiailag legstabilabb formában. Amikor egy atom megszerezzen vagy elveszít elektronokat, de egyébként változatlan marad, akkor annak nevezzük ion.
Az elektronok, amelyek ezen mikroszkópos elrendezés fizikai szélein vannak, az atomok azon alkotóelemei, amelyek részt vesznek a kötésben más atomokkal.
A kémiai kötés alapjai
Az a tény, hogy az atommagok pozitív töltésűek, miközben az atomok körül gondozó elektronok negatív töltésűek, meghatározza az atomok kölcsönhatásának módját. Amikor két atom nagyon közel áll egymáshoz, akkor taszítják egymást, függetlenül attól, hogy milyen elemeket reprezentálnak, mert az elektronok először "találkoznak" egymással, és a negatív töltések más negatív töltések ellen hatnak. A megfelelő atommaguk, bár nem olyan közel egymáshoz, mint elektronuk, ugyanakkor taszítják egymást. Ha az atomok megfelelő távolságra vannak egymástól, hajlamosak vonzani egymást. (Az ionok, amint hamarosan látni fogják, kivétel; két pozitív töltésű ion mindig taszítja egymást, és negatív töltésű ionpárok esetén is ugyanaz.) Ez azt jelenti, hogy egy bizonyos egyensúlyi távolságra a vonzó és taszító erõk egyensúlyban vannak, és az atomok ebben a távolságban maradnak egymástól, kivéve, ha más erők zavarják őket.
Az atom-atom pár potenciális energiáját akkor kell negatívnak tekinteni, ha az atomok vonzzák egymást, és pozitív, ha az atomok szabadon mozoghatnak egymástól. Az egyensúlyi távolságon az atom közötti potenciális energia a legalacsonyabb (azaz a leginkább negatív) értéknél van. Ezt nevezzük a kérdéses atom kötési energiájának.
Kémiai kötések és elektronegativitás
Az atomi kötések különféle típusai megkönnyítik a molekuláris kémia tájképét. Jelenleg a legfontosabb az ionos kötés és a kovalens kötés.
Lásd az előző megbeszélést arról, hogy az atomok hajlamosak-e egymásra szorulni, elsősorban az elektronok kölcsönhatása miatt. Azt is megfigyelték, hogy a hasonlóan töltött ionok semmit sem hátráltatnak. Ha azonban egy ionpárnak ellentétes töltése van - azaz ha az egyik atom elvesztette az elektronot, hogy +1 töltést feltételezzen, míg egy másik elektron megszerezte azt, hogy -1 töltöttséget vállaljon, akkor a két atom nagyon erősen vonzódik mindegyikhez Egyéb. Az egyes atomok nettó töltése megsemmisíti az elektronok esetleges taszító hatásait, és az atomok hajlamosak kötődni. Mivel ezek a kötések ionok között vannak, ionos kötéseknek nevezzük. A nátrium-kloridból (NaCl) álló asztali só, amely egy pozitív töltésű nátriumatomnak a negatív töltésű klóratomhoz történő kötéséből származik, és ezáltal elektromosan semleges molekulát hoz létre, példája ennek a kötésnek a típusa.
A kovalens kötések ugyanazon alapelvekből származnak, de ezek a kötések nem olyan erősek, mert valamivel kiegyensúlyozottabb versengő erők vannak jelen. Például víz (H2O) két kovalens hidrogén-oxigén kötéssel rendelkezik. Ezeknek a kötéseknek az oka elsősorban az, hogy az atomok külső elektronpályái "akarnak" megtölteni magukat bizonyos számú elektronmal. Ez a szám elemekenként változik, és az elektronok megosztása más atomokkal egy módja annak elérésének, még akkor is, ha azt jelenti, hogy leküzdjük a szerény taszító hatásokat. A molekulák, amelyek tartalmazzák a kovalens kötéseket, lehetnek polárisak, vagyis ha a nettó töltésük nulla, a molekula egyes részei pozitív töltést hordoznak, amelyet másutt negatív töltések kiegyenlítenek.
Elektronegativitási értékek és a periódusos rendszer
A Pauling skálát használják annak meghatározására, hogy az adott elem mennyire elektronegatív. (Ez a skála a késő Nobel-díjas Linus Pauling tudóstól kapta a nevét.) Minél nagyobb az érték, annál lelkesebb egy atom, hogy vonzza az elektronokat maga felé olyan forgatókönyvekben, amelyek lehetővé teszik a kovalens kötés lehetőségét.
Ezen a skálán a legmagasabb rangú elem a fluor, amelyhez 4.0 értéket rendelnek. A legalacsonyabb a viszonylag homályos elemek, a cézium és a francium, amelyek 0,7-nél jelentkeznek be. "Egyenetlen" vagy poláris kovalens kötés nagy különbségű elemek között fordul elő; ezekben az esetekben a megosztott elektronok közelebb helyezkednek el az egyik atomhoz, mint a másikhoz. Ha egy elem két atomja kapcsolódik egymáshoz, mint egy O-val2 A molekula, az atomok nyilvánvalóan azonosak az elektronegativitásban, és az elektronok egyenlő távolságra vannak az egyes magoktól. Ez egy nem poláris kötés.
Az elem elhelyezkedése a periódusos táblán általános információkat nyújt annak elektronegativitásáról. Az elemek elektronegativitása balról jobbra, valamint alulról felfelé növekszik. A fluortartalom a jobb felső sarokban helyezkedik el, így biztosítva annak magas értékét.
További munka: Felszíni atomok
Mint általában az atomfizikában, az elektronok viselkedéséről és a kötésről ismert ismeretek nagy része, bár kísérletileg bebizonyosodott, nagyrészt elméleti az egyes szubatomi részecskék szintjén. A kísérletek az elektronok pontosságának ellenőrzéséhez technikai probléma, csakúgy, mint az ezeket az elektronokat tartalmazó egyes atomok izolálása. Az elektronegativitás tesztelésére irányuló kísérletek során az értékeket hagyományosan sokféle egyedi atom értékének átlagolása alapján szükségszerűen származnak.
2017-ben a kutatók elektronikus erőmikroszkópiának nevezett technikát alkalmaztak a szilícium felületén lévő egyes atomok megvizsgálására és az elektronegativitásuk mérésére. Ezt úgy tették meg, hogy megvizsgálták a szilícium oxigénkötési viselkedését, amikor a két elem egymástól különböző távolságra helyezkedik el. Ahogy a technológia tovább fejlődik a fizikában, az emberi tudás az elektronegativitásról tovább virágzik.