حاسبة السالبية الكهربائية - قيم مقياس باولينج الفورية

حاسبة السالبية الكهربائية

تبحث حاسبة السالبية الكهربائية عن قيمة السالبية الكهربائية على مقياس باولنغ لأي عنصر كيميائي. والسالبية الكهربائية هي مقياس لمدى قوة جذب الذرة للإلكترونات نحوها عندما تكوّن رابطة مع ذرة أخرى. وتغطي هذه الأداة جميع العناصر البالغ عددها 118: اكتب اسمًا أو رمزًا، فتعرض رمز العنصر واسمه وقيمته على مقياس باولنغ على مقياس بصري بسيط.

ما السالبية الكهربائية؟

عندما تكوّن ذرتان رابطة، فإنهما تتشاركان زوجًا من الإلكترونات. تصف السالبية الكهربائية مدى عدم تساوي مشاركة هذا الزوج. تجذب الذرة ذات السالبية الكهربائية المرتفعة الإلكترونات المشتركة نحوها بدرجة أكبر. أما الذرة ذات السالبية الكهربائية المنخفضة فتمسك بها بقدر أقل.

تُسمى هذه المشاركة غير المتساوية قطبية الرابطة. وهي تؤثر في عدة أمور:

• قوة الرابطة وطولها
• قطبية الجزيء — أي ما إذا كانت المادة تذوب في الماء أو الزيت
• التفاعلية — أي التفاعلات المحتملة
• الخواص الفيزيائية — درجة الغليان ودرجة الانصهار وقابلية الذوبان

مقياس باولنغ

وضع الكيميائي لينوس باولنغ مقياس السالبية الكهربائية الأكثر شيوعًا في 1932. ويمتد تقريبًا من 0.7 إلى 4.0. في بيانات هذه الأداة، يملك الفلور أعلى قيمة، وهي 3.98، بينما يملك الفرانسيوم أدنى قيمة، وهي 0.70.

استنتج باولنغ القيم من طاقات الروابط، لا من قياس فيزيائي مباشر. والمعادلة الأصلية هي:

$\chi_A - \chi_B = 0.102\sqrt{E_{AB} - \frac{E_{AA} + E_{BB}}{2}}$

هنا، $\chi_A$ و$\chi_B$ هما سالبيتا الذرتين A وB الكهربائيتان، و$E_{AB}$ هي طاقة رابطة A–B (بوحدة kJ/mol)، بينما $E_{AA}$ و$E_{BB}$ هما طاقتا رابطتي A–A وB–B. والفكرة هي أنه إذا كانت رابطة A–B أقوى من متوسط رابطتي A–A وB–B، فإن القوة الإضافية ناتجة عن المشاركة غير المتساوية للإلكترونات، ويبين مقدار هذه القوة الإضافية حجم الفارق في السالبية الكهربائية.

لا تُجري هذه الحاسبة تلك المعادلة. فهي تخزّن جدولًا بقيم باولنغ المنشورة مسبقًا، وتبحث عن قيمة لكل استعلام، كما يفعل جدول مرجعي مطبوع.

كيفية حساب فرق السالبية الكهربائية ونوع الرابطة

لتقدير نوع الرابطة التي تتكوّن بين عنصرين، ابحث عن قيمة كل عنصر في الحاسبة، ثم اطرح العدد الأصغر من الأكبر. ويصنّف أحد الأدلة الشائعة في الكتب الدراسية النتيجة في ثلاثة نطاقات تقريبية:

هذه الحدود قاعدة تقريبية لا قانون صارم. وتضع كتب دراسية أخرى حد الرابطة الأيونية عند قيم مختلفة قليلًا. فالروابط الحقيقية تقع على طيف متصل، وتُظهر بعض الروابط القريبة من حد فاصل طبيعة مختلطة.

مثال محلول. للتحقق من الرابطة H–Cl، ابحث عن "H" في الحاسبة ودوّن قيمته، 2.20. ثم ابحث عن "Cl" ودوّن قيمته، 3.16. ثم اطرح: 3.16 − 2.20 = 0.96. وبما أن 0.96 تقع بين 0.4 و1.8، فإن الرابطة H–Cl تساهمية قطبية.

اتجاهات السالبية الكهربائية في الجدول الدوري

يفسر نمطان معظم أجزاء الجدول الدوري:

• تزداد السالبية الكهربائية عبر الدورة، من اليسار إلى اليمين. تكتسب الذرات بروتونات مع الحفاظ على غلاف الإلكترونات الخارجي نفسه، لذلك تجذب النواة الإلكترونات المشتركة بقوة أكبر.
• تنخفض السالبية الكهربائية نزولًا في المجموعة، من أعلى إلى أسفل. تقع الإلكترونات الخارجية على مسافة أبعد من النواة في كل صف تالٍ، مما يضعف التجاذب رغم زيادة عدد البروتونات.

يملك الفلور، الموجود في أعلى يمين الجدول، أعلى قيمة. أما الفرانسيوم، الموجود في أسفل اليسار، فيملك أدنى قيمة.

تقل سالبية معظم الفلزات عن 2.0، بينما تتجاوزها سالبية معظم اللافلزات، لكن هذا نمط تقريبي وليس قاعدة؛ فبعض الفلزات الانتقالية لها قيم أعلى، ومنها الذهب (2.54) والبلاتين (2.28) والروديوم (2.28).

كيفية استخدام هذه الحاسبة

1. اكتب اسم العنصر (مثل "Oxygen") أو رمزه (مثل "O") في حقل الإدخال.
2. تعرض النتيجة رمز العنصر واسمه وقيمته على مقياس باولنغ، إضافةً إلى مؤشر على مقياس بصري يمتد من القيم المنخفضة إلى المرتفعة.
3. اختر "Copy" لنسخ القيمة العددية.

يعمل البحث بالنص الجزئي ("Oxy" يعثر على Oxygen) ويتجاهل حالة الأحرف ("oxygen" و"OXYGEN" يعملان معًا). تُخزَّن جميع البيانات في الصفحة نفسها، لذلك تستمر عمليات البحث في العمل دون اتصال بالإنترنت بعد تحميل الصفحة.

عناصر لا توجد لها قيمة مدرجة

يعرض عشرون عنصرًا في هذه الحاسبة عبارة "غير متاح" بدلًا من رقم. وأربعة منها غازات نبيلة: الهيليوم والنيون والأرغون والرادون. والغازات النبيلة نادرًا ما تتشارك الإلكترونات لأن أغلفتها الإلكترونية الخارجية ممتلئة أصلًا. أما الكريبتون والزينون، اللذان يكوّنان عددًا قليلًا من المركبات الحقيقية، فلهما قيمتان مدرجتان: 3.00 و2.60.

أما العناصر الستة عشر الأخرى فهي عناصر ثقيلة من صنع الإنسان، من اللورنسيوم (العنصر 103) إلى الأوغانيسون (العنصر 118). وهذه العناصر لا توجد إلا لفترة وجيزة في المختبرات، وبكميات أصغر من أن تسمح بقياس طاقات الروابط، ولذلك لم تُنشر لها قيمة سالبية كهربائية موثوقة.

تشترك عدة أكتينيدات، من الأمريسيوم إلى النوبليوم، في القيمة التقديرية نفسها، 1.30، في الجداول المرجعية المنشورة. وهذه قيمة مؤقتة تستند إلى التشابه الكيميائي، وليست قيمة مقاسة بصورة مستقلة لكل عنصر.

تاريخ مقياس باولنغ

وضع لينوس باولنغ أرقامًا للسالبية الكهربائية في ورقة بحثية عام 1932 بعنوان "طبيعة الرابطة الكيميائية. الجزء الرابع. طاقة الروابط الأحادية والسالبية الكهربائية النسبية للذرات". ونال بفضل أعماله في الروابط الكيميائية جائزة نوبل في الكيمياء عام 1954.

واقترح كيميائيون لاحقون مقاييس أخرى. فيستخدم مقياس روبرت مولكن طاقة التأين والألفة الإلكترونية. ويستخدم مقياس ألريد-روشو الشحنة النووية وحجم الذرة. ويستخدم مقياس ليلاند ألين البيانات الطيفية. ولا يزال مقياس باولنغ الأصلي هو الأكثر تدريسًا واستشهادًا.

الأسئلة الشائعة

فيما تُستخدم حاسبة السالبية الكهربائية؟ توفر مرجعًا سريعًا لقيمة سالبية عنصر كهربائيًا على مقياس باولنغ، من دون الحاجة إلى جدول دوري مطبوع. ويستخدمها الناس في الواجبات المنزلية وتقارير المختبرات والرجوع العام إلى معلومات الكيمياء.

كيف أحسب فرق السالبية الكهربائية؟ ابحث عن قيمة كل عنصر، ثم اطرح العدد الأصغر من العدد الأكبر. بالنسبة إلى H وCl، 3.16 − 2.20 = 0.96.

أي عنصر يملك أعلى سالبية كهربائية؟ الفلور، بقيمة 3.98 على مقياس باولنغ، وهي أعلى قيمة في بيانات هذه الحاسبة.

أي عنصر يملك أدنى سالبية كهربائية؟ الفرانسيوم، بقيمة تقارب 0.70، وهي أدنى قيمة في بيانات هذه الحاسبة.

لماذا لا تملك الغازات النبيلة قيمًا للسالبية الكهربائية؟ نادرًا ما تكوّن معظم الغازات النبيلة (الهيليوم والنيون والأرغون والرادون) روابط، لذلك لم تُقَس لها قيمة ذات معنى. أما الكريبتون والزينون فاستثناءان؛ إذ يكوّنان عددًا قليلًا من المركبات المعروفة، ولذلك توجد لهما قيم مدرجة في هذه الحاسبة.

ما الفرق بين السالبية الكهربائية والألفة الإلكترونية؟ تصف السالبية الكهربائية مدى قوة جذب الذرة للإلكترونات وهي مرتبطة أصلًا بذرة أخرى؛ وهي بلا وحدات وتُعرَّف نسبةً إلى العناصر الأخرى. أما الألفة الإلكترونية فهي الطاقة المنطلقة أو الممتصة عندما تكتسب ذرة منفصلة غير مرتبطة إلكترونًا، وتُقاس بوحدة kJ/mol. وتُقاس الألفة الإلكترونية مباشرة، بينما تُحسب السالبية الكهربائية. وهما ليستا الكمية نفسها.

ما مدى دقة هذه القيم؟ تأتي القيم من جداول مقياس باولنغ المنشورة على نطاق واسع. وتختلف بعض المصادر المرجعية أحيانًا ببضع أجزاء من المئة، مما يعكس اختلاف القياسات أو طرق الحساب. وبالنسبة إلى المقررات الدراسية والاستخدامات المختبرية العامة، نادرًا ما يكون لهذا الاختلاف أهمية.

المراجع

1. OpenStax. Chemistry 2e, 7.2 Covalent Bonding. Chemistry 2e: Covalent Bonding — تعريف السالبية الكهربائية، والاتجاهات الدورية، ونطاقات أنواع الروابط (أقل من 0.4، ومن 0.4 إلى 1.8، وأكبر من 1.8)، والغازات النبيلة، والسالبية الكهربائية مقابل الألفة الإلكترونية.
2. Oregon State University Special Collections. The nature of the chemical bond. IV. The energy of single bonds and the relative electronegativity of atoms (Pauling, J. Am. Chem. Soc. 54, 1932). Pauling 1932 paper scan — مقياس باولنغ للسالبية الكهربائية لعام 1932 المشتق من طاقات الروابط.
3. Nobel Prize Outreach. The Nobel Prize in Chemistry 1954. Nobel Prize in Chemistry 1954 — مُنحت للينوس باولنغ عن أبحاثه في طبيعة الرابطة الكيميائية.