Ioonilise iseloomu kalkulaator - Paulingu valem | Sideme polaarsus
Arvutage ioonilise iseloomu protsenti keemilistes sidemetes Paulingu valemi abil. Määrake sideme polaarsus ja klassifitseerige sidemel kui kovalentne, polaarne võiioonne. Tasuta keemia tööriist näidetega.
Ioonilise iseloomu protsendi kalkulaator
Arvutage keemilise sideme ioonilise iseloomu protsenti Paulingu valemi abil.
Arvutusvalem
% ioonilisest iseloomust = (1 - e^(-0,25 * (Δχ)²)) * 100, kus Δχ on elektrinegatiivuse erinevus
Sideme tüübi visualiseerimine
Informatsioon
Keemilise sideme ioonilise iseloomu määrab aatomite elektrinegatiivuse erinevus:
- Mittepolaarsed kovalentsed sidemed: 0-5% ioonilisest iseloomust
- Polaarsed kovalentsed sidemed: 5-50% ioonilisest iseloomust
- Ioonilised sidemed: >50% ioonilisest iseloomust
Dokumentatsioon
Mis on iooniline iseloom?
Iooniline iseloom näitab, kui ebaühtlaselt jagavad kaks aatomit keemilises sidemes elektrone. Seda väljendatakse protsendina alates väärtusest 0% (elektronid on võrdselt jagatud, side on puhtalt kovalentne) kuni veidi alla väärtuse 100% (üks aatom on teiselt elektroni peaaegu täielikult üle võtnud, mis on lähedal puhtalt ioonilisele sidemele). Enamik tegelikke sidemeid jääb nende kahe äärmuse vahele. Ioonilise iseloomu kalkulaator hindab seda protsenti kahe seotud aatomi elektronegatiivsuse põhjal, kasutades keemik Linus Paulingi avaldatud valemit.
Elektronegatiivsus on arv, mis näitab, kui tugevalt aatom enda poole ühiseid elektrone tõmbab. Levinud Paulingi skaalal ulatuvad väärtused ligikaudu 0,7-st (tseesium ja frantsium, nõrgad tõmbajad) kuni 4,0-ni (fluor, tugevaim tõmbaja). Kui kahe seotud aatomi elektronegatiivsus on väga erinev, tõmbab üks aatom ühiseid elektrone teisest palju tugevamalt enda poole ning sidemel on suur iooniline iseloom.
Kuidas arvutada ioonilist iseloomu (Paulingi valem)
Kalkulaator kasutab järgmist valemit:
\text{Iooniline iseloom (%)} = \left(1 - e^{-0.25(\Delta\chi)^2}\right) \times 100
Siin on Δχ (delta-kii) kahe aatomi elektronegatiivsuste absoluutne erinevus ja e on Euleri arv, ligikaudu 2,71828.
Valemi kasutamiseks:
- Leidke kummagi aatomi Paulingi elektronegatiivsus. Enamikus perioodilisustabelites ja keemiaõpikutes on need väärtused esitatud.
- Lahutage suuremast väärtusest väiksem, et saada Δχ. Aatomite järjestus pole oluline, sest kasutatakse ainult erinevust.
- Tõstke Δχ ruutu, korrutage väärtusega −0,25 ja astendage e saadud astmega.
- Lahutage tulemus väärtusest 1 ja korrutage protsendi saamiseks väärtusega 100.
Seos ei ole sirgjooneline. Δχ väärtus 0,5 annab iooniliseks iseloomuks ligikaudu 6%, kuid Δχ väärtus 1,0 annab ligikaudu 22%, mitte 12%. Väikesed elektronegatiivsuste erinevuse suurenemised põhjustavad ioonilise iseloomu üha suuremaid hüppeid, kuni kõver lameneb ja läheneb väärtusele 100%, kuid ei saavuta seda kunagi.
Lahendatud näide: süsiniku ja hapniku side
Alkoholides ja paljudes teistes orgaanilistes molekulides esinev C–O side on tüüpiline näide.
- Süsiniku elektronegatiivsus: 2,5
- Hapniku elektronegatiivsus: 3,5
- Erinevus: Δχ = |3,5 − 2,5| = 1,0
- Iooniline iseloom: (1 − e^(−0,25 × 1,0²)) × 100 ≈ 22,1%
- Klassifikatsioon: polaarne kovalentne
Lahendatud näide: naatriumi ja kloori side
- Naatriumi elektronegatiivsus: 0,9
- Kloori elektronegatiivsus: 3,0
- Erinevus: Δχ = |3,0 − 0,9| = 2,1
- Iooniline iseloom: (1 − e^(−0,25 × 2,1²)) × 100 ≈ 66,8%
- Klassifikatsioon: iooniline
Isegi keedusoolas oleva Na–Cl sideme, mis on õpikunäide ioonilisest sidemest, iooniline iseloom on ligikaudu 67%, mitte 100%. Paulingi valem käsitleb iga sidet osaliselt kovalentse ja osaliselt ioonsena ning ükski tavaline side ei saavuta täielikku väärtust 100%.
Sidemete klassifikatsioon
Kalkulaator jaotab tulemuse kolme kategooriasse:
| Iooniline iseloom | Klassifikatsioon | Näide |
|---|---|---|
| 5% või vähem | Mittepolaarne kovalentne | C–C, C–H |
| Üle 5% kuni 50% | Polaarne kovalentne | C–O, H–Cl |
| Üle 50% | Iooniline | Na–Cl, K–F |
Need piirväärtused on kokkuleppelised, mitte terav füüsikaline piir. Side, mille iooniline iseloom on 49%, erineb omadustelt vaid veidi sidemest, mille iooniline iseloom on 51%.
Veel näiteid
| Side | Elektronegatiivsus 1 | Elektronegatiivsus 2 | Δχ | Iooniline iseloom | Klassifikatsioon |
|---|---|---|---|---|---|
| C–C | 2,5 | 2,5 | 0 | 0% | Mittepolaarne kovalentne |
| C–H | 2,5 | 2,1 | 0,4 | 3,92% | Mittepolaarne kovalentne |
| C–O | 2,5 | 3,5 | 1,0 | 22,12% | Polaarne kovalentne |
| H–Cl | 2,1 | 3,0 | 0,9 | 18,33% | Polaarne kovalentne |
| Na–Cl | 0,9 | 3,0 | 2,1 | 66,80% | Iooniline |
| K–F | 0,8 | 4,0 | 3,2 | 92,27% | Iooniline |
Miks on iooniline iseloom oluline?
Suurema ioonilise iseloomuga sidemed kuuluvad sageli ühenditesse, mis lahustuvad vees, moodustavad kõvu kristallilisi tahkiseid ning juhivad sulas olekus või lahuses elektrit. Väiksema ioonilise iseloomuga sidemed kuuluvad sageli hoopis ühenditesse, mis segunevad õlide ja muude mittepolaarsete ainetega. Sellel põhineb reegel „sarnane lahustab sarnast”: polaarsest O–H sidemest koosnev vesi lahustab teisi polaarseid või ioonilisi aineid palju paremini kui mittepolaarseid aineid, näiteks taimeõli.
Valemi ajalugu
Linus Pauling avaldas esimese arvulise elektronegatiivsusskaala 1932 ajakirjas Journal of the American Chemical Society. Ta koostas skaala mõõdetud sidemeenergiate võrdlemise põhjal. Ülaltoodud eksponentsiaalne valem ilmus hiljem tema raamatus The Nature of the Chemical Bond, mille esmatrükk ilmus 1939 ja parandatud väljaanne 1960. Paulingi töö keemiliste sidemete alal tõi talle 1954 Nobeli keemiaauhinna.
Sellest ajast alates on teised teadlased pakkunud välja teistsuguseid elektronegatiivsusskaalasid, sealhulgas Robert Mullikeni skaala (1934), mis põhineb ionisatsioonienergial ja elektronafiinsusel. Paulingi skaala on tänapäeval endiselt kõige laiemalt õpetatav ja kasutatav.
Paulingi valemi piirangud
Paulingi valem on ligikaudne. See toimib hästi lihtsate ja levinud sidemete korral, kuid sellel on teadaolevad piirangud.
- See kasutab ainult elektronegatiivsust, mistõttu ei arvesta selliste mõjudega nagu resonants (elektronid on jaotunud mitme aatomi vahel, nagu benseenis) ega ümbritseva molekulaarstruktuuriga.
- Eri õpikutes on sama elemendi kohta esitatud veidi erinevad elektronegatiivsuse väärtused, mis muudab tulemust.
- Tulemus üle 50% ei vasta alati sellele, kuidas keemikud tegelikku ainet klassifitseerivad. Valemi rakendamisel vesinikule ja fluorile (2,1 ja 4,0) saadakse Δχ = 1,9 ja iooniliseks iseloomuks ligikaudu 59%, mis ületab ioonilise sideme piiri. Vesinikfluoriidi kirjeldatakse siiski tavaliselt polaarse kovalentse molekuli, mitte ioonse ühendina, sest see esineb eraldi molekulidena, mitte ioonvõrena nagu naatriumkloriid. Protsent on kasulik hinnang, mitte range reegel.
Täpsemate väärtuste saamiseks kasutavad keemikud arvutusmeetodeid, näiteks tihedusfunktsionaali teooriat, või eksperimentaalseid meetodeid, näiteks röntgenkristallograafiat ja infrapunaspektroskoopiat, millega mõõdetakse elektronjaotust otse.
Korduma kippuvad küsimused
Mis on iooniline iseloom?
Iooniline iseloom näitab hinnanguliselt, kui suur osa keemilise sideme iseloomust tuleneb sellest, et üks aatom tõmbab elektroni teiselt ära, selle asemel et aatomid seda võrdselt jagaksid. See ulatub identsete aatomite korral peaaegu väärtuseni 0% ja väga erineva elektronegatiivsusega aatomite korral veidi alla väärtuse 100%.
Mis on Paulingi ioonilise iseloomu valem?
Iooniline iseloom (%) = (1 − e^(−0,25 × Δχ²)) × 100, kus Δχ on kahe seotud aatomi Paulingi elektronegatiivsuse väärtuste absoluutne erinevus.
Miks ei ole ükski side 100% ulatuses iooniline?
Δχ suurenedes läheneb valem väärtusele 100%, kuid ei saavuta seda kunagi, sest see käsitleb elektronülekannet tõenäosusliku, mitte täielikult toimuva või mittetoimuva sündmusena. Isegi väga iooniliste sidemete, näiteks tseesiumfluoriidi Cs–F sideme korral, mille elektronegatiivsuste erinevus on ligikaudu 3,2, saadakse ligikaudu 92%, mitte 100%, sest osa elektronide jagamisest toimub endiselt.
Kui täpne on Paulingi valem?
Levinud sidemete korral vastab see üldjoontes keerukamate meetodite, näiteks arvutuskeemia ja röntgenkristallograafia tulemustele. See ei arvesta resonantsi ega molekuli täieliku struktuuri mõjusid, mistõttu sobib see paremini üldiseks hinnanguks kui täpseks mõõtmiseks.
Kas iooniline iseloom on sama mis sideme polaarsus?
Need on seotud, kuid mitte identsed mõisted. Sideme polaarsus kirjeldab laengu eraldumist sidemes ja seda mõõdetakse sageli dipoolmomendina. Iooniline iseloom on ainult elektronegatiivsuse põhjal tuletatud protsentuaalne hinnang sellele, kui palju toimub elektronide ülekannet võrreldes nende jagamisega. Suurema ioonilise iseloomuga sidemel on tavaliselt suurem dipoolmoment.
Kust pärinevad elektronegatiivsuse väärtused?
Need pärinevad Paulingi elektronegatiivsusskaalast, mis on esitatud enamikus üldkeemia õpikutes ja perioodilisustabelites. Selle skaala väärtused ulatuvad tavaliselt ligikaudu 0,7-st tseesiumi ja frantsiumi korral kuni 4,0-ni fluori korral.