محاسبه‌گر الکترونگاتیوی - مقادیر فوری مقیاس پاولینگ

ماشین‌حساب الکترونگاتیویته

یک ماشین‌حساب الکترونگاتیویته مقدار الکترونگاتیویتهٔ یک عنصر شیمیایی را در مقیاس پاولینگ پیدا می‌کند. الکترونگاتیویته معیاری است از اینکه یک اتم هنگام تشکیل پیوند با اتمی دیگر، با چه شدتی الکترون‌های مشترک را به سوی خود می‌کشد. این ابزار همهٔ ۱۱۸ عنصر را پوشش می‌دهد: نام یا نماد را وارد کنید تا نماد، نام و مقدار آن عنصر در مقیاس پاولینگ روی یک مقیاس دیداری ساده نمایش داده شود.

الکترونگاتیویته چیست؟

وقتی دو اتم پیوند تشکیل می‌دهند، یک جفت الکترون را به اشتراک می‌گذارند. الکترونگاتیویته نشان می‌دهد این جفت الکترون تا چه اندازه نابرابر به اشتراک گذاشته می‌شود. اتمی با الکترونگاتیویتهٔ زیاد، الکترون‌های مشترک را به خود نزدیک‌تر می‌کشد. اتمی با الکترونگاتیویتهٔ کم، آن‌ها را سست‌تر نگه می‌دارد.

این اشتراک نابرابر را قطبیت پیوند می‌نامند. این عامل بر چند مورد اثر می‌گذارد:

• استحکام و طول پیوند
• قطبیت مولکولی — اینکه یک ماده در آب حل می‌شود یا در روغن
• واکنش‌پذیری — اینکه کدام واکنش‌ها محتمل‌اند
• خواص فیزیکی — نقطهٔ جوش، نقطهٔ ذوب، حلالیت

مقیاس پاولینگ

رایج‌ترین مقیاس الکترونگاتیویته را شیمیدان، لینوس پاولینگ، در سال ۱۹۳۲ ایجاد کرد. این مقیاس تقریباً از ۰٫۷ تا ۴٫۰ امتداد دارد. در داده‌های این ابزار، فلوئور با مقدار ۳٫۹۸ بیشترین مقدار و فرانسیم با مقدار ۰٫۷۰ کمترین مقدار را دارد.

پاولینگ این مقیاس را بر اساس انرژی‌های اندازه‌گیری‌شدهٔ پیوند محاسبه کرد، نه بر اساس یک اندازه‌گیری فیزیکی مستقیم. معادلهٔ اصلی چنین است:

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

در اینجا، $\chi_A$ و $\chi_B$ الکترونگاتیویته‌های اتم‌های A و B هستند، $E_{AB}$ انرژی پیوند A–B (بر حسب kJ/mol) است و $E_{AA}$ و $E_{BB}$ انرژی پیوندهای A–A و B–B هستند. ایده این است: اگر پیوند A–B از میانگین پیوندهای A–A و B–B قوی‌تر باشد، این استحکام اضافی از اشتراک نابرابر الکترون‌ها ناشی می‌شود و اندازهٔ این استحکام اضافی نشان می‌دهد اختلاف الکترونگاتیویته چقدر است.

این ماشین‌حساب آن معادله را اجرا نمی‌کند. این ابزار جدولی از مقادیر منتشرشدهٔ پاولینگ را ذخیره می‌کند و برای هر جست‌وجو یکی از آن‌ها را پیدا می‌کند؛ درست مانند یک جدول مرجع چاپی.

نحوهٔ محاسبهٔ اختلاف الکترونگاتیویته و نوع پیوند

برای برآورد نوع پیوندی که میان دو عنصر تشکیل می‌شود، مقدار هر عنصر را در ماشین‌حساب پیدا کنید، سپس عدد کوچک‌تر را از عدد بزرگ‌تر کم کنید. نتیجه معمولاً در سه بازه دسته‌بندی می‌شود:

این آستانه‌ها یک قاعدهٔ سرانگشتی رایج و آموزشی‌اند، نه قانونی دقیق. پیوندهای واقعی در یک طیف پیوسته قرار می‌گیرند و برخی پیوندهای نزدیک به مرز، ویژگی‌های ترکیبی دارند.

مثال حل‌شده. برای بررسی پیوند H–Cl، «H» را در ماشین‌حساب جست‌وجو کنید و مقدار آن، ۲٫۲۰، را یادداشت کنید. سپس «Cl» را جست‌وجو کنید و مقدار آن، ۳٫۱۶، را یادداشت کنید. تفریق کنید: ۳٫۱۶ − ۲٫۲۰ = ۰٫۹۶. چون ۰٫۹۶ بین ۰٫۴ و ۱٫۷ قرار می‌گیرد، پیوند H–Cl کووالانسی قطبی است.

روندهای الکترونگاتیویته در جدول تناوبی

دو الگو بیشتر جدول تناوبی را پوشش می‌دهند:

• در طول یک دوره، از چپ به راست، الکترونگاتیویته افزایش می‌یابد. اتم‌ها در حالی که همان لایهٔ الکترونی بیرونی را حفظ می‌کنند، پروتون‌های بیشتری به دست می‌آورند؛ بنابراین هسته الکترون‌های مشترک را با شدت بیشتری می‌کشد.
• در پایین یک گروه، از بالا به پایین، الکترونگاتیویته کاهش می‌یابد. الکترون‌های بیرونی در هر ردیف بعدی از هسته دورتر قرار می‌گیرند و با وجود پروتون‌های بیشتر، نیروی کشش ضعیف‌تر می‌شود.

فلوئور، در بخش بالای سمت راست جدول، بیشترین مقدار را دارد. فرانسیم، در پایین سمت چپ، کمترین مقدار را دارد.

مقدار الکترونگاتیویتهٔ بیشتر فلزها کمتر از ۲٫۰ و مقدار بیشتر نافلزها بالاتر از آن است، اما این فقط الگویی تقریبی است، نه یک قاعده: برخی فلزهای واسطه مقدار بیشتری دارند، از جمله طلا (۲٫۵۴)، پلاتین (۲٫۲۸) و رودیم (۲٫۲۸).

نحوه استفاده از این ماشین‌حساب

1. نام یک عنصر، برای مثال «Oxygen»، یا نماد آن، برای مثال «O»، را در کادر ورودی وارد کنید.
2. نتیجه نماد، نام و مقدار عنصر در مقیاس پاولینگ را همراه با نشانگری روی یک مقیاس دیداری از کم تا زیاد نشان می‌دهد.
3. «Copy» را انتخاب کنید تا مقدار عددی کپی شود.

جست‌وجو با متن ناقص نیز کار می‌کند («Oxy» اکسیژن را پیدا می‌کند) و به بزرگی و کوچکی حروف حساس نیست («oxygen» و «OXYGEN» هر دو کار می‌کنند). همهٔ داده‌ها در خود صفحه ذخیره شده‌اند؛ بنابراین پس از بارگذاری صفحه، جست‌وجوها بدون اتصال به اینترنت نیز کار می‌کنند.

عناصر بدون مقدار ثبت‌شده

بیست عنصر در این ماشین‌حساب به‌جای عدد، «در دسترس نیست» را نشان می‌دهند. چهار مورد از آن‌ها گازهای نجیب‌اند: هلیوم، نئون، آرگون و رادون. این گازها به‌ندرت پیوند تشکیل می‌دهند، زیرا لایه‌های الکترونی بیرونی آن‌ها از پیش کامل است. کریپتون و زنون تعداد کمی ترکیب واقعی تشکیل می‌دهند و مقدار ثبت‌شده دارند: ۳٫۰۰ و ۲٫۶۰.

شانزده عنصر دیگر، عناصر سنگین و ساختهٔ دست بشر هستند که از لارنسیم، یعنی عنصر ۱۰۳، آغاز می‌شوند و تا اوگانسون، یعنی عنصر ۱۱۸، ادامه دارند. این عناصر فقط برای مدت کوتاهی در آزمایشگاه‌ها و در مقادیری بسیار کم وجود دارند؛ بنابراین انرژی پیوندهای آن‌ها قابل اندازه‌گیری نیست و مقدار قابل‌اعتمادی برای الکترونگاتیویتهٔ آن‌ها منتشر نشده است.

چندین اکتینید، از امریکیم تا نوبلیم، در جداول مرجع منتشرشده همان مقدار برآوردی ۱٫۳۰ را دارند. این مقدار بر پایهٔ شباهت شیمیایی به‌عنوان جایگزین درج شده است، نه اینکه برای هر عنصر جداگانه اندازه‌گیری شده باشد.

تاریخچهٔ مقیاس پاولینگ

شیمیدان‌ها مدت‌ها پیش از نام‌گذاری این پدیده، متوجه رفتار نابرابر اتم‌ها در کشیدن الکترون‌ها شده بودند. در سال ۱۸۱۱، یونس یاکوب برزلیوس پیشنهاد کرد که اتم‌ها حامل بارهایی هستند که بر نحوهٔ ترکیب آن‌ها اثر می‌گذارند. این دیدگاه‌های اولیه اثر را توصیف می‌کردند، اما آن را اندازه‌گیری نمی‌کردند.

لینوس پاولینگ در مقالهٔ ۱۹۳۲ خود با عنوان «ماهیت پیوند شیمیایی» به این ایده مقدار عددی داد و مقادیر را از انرژی‌های اندازه‌گیری‌شدهٔ پیوند به دست آورد. این پژوهش در دریافت ۱۹۵۴ جایزهٔ نوبل شیمی او نقش داشت.

شیمیدان‌های بعدی مقیاس‌های دیگری پیشنهاد کردند: مقیاس رابرت مولیکن در ۱۹۳۴، بر پایهٔ انرژی یونش و میل الکترونی؛ مقیاس آلرد–راکو در ۱۹۵۸، بر پایهٔ بار هسته و اندازهٔ اتم؛ و مقیاس لیلند آلن در ۱۹۸۹، بر پایهٔ داده‌های طیف‌سنجی. مقیاس اصلی پاولینگ همچنان رایج‌ترین مقیاس در آموزش و استناد است.

پرسش‌های متداول

ماشین‌حساب الکترونگاتیویته برای چه کاری استفاده می‌شود؟ این ابزار مرجعی سریع برای مقدار الکترونگاتیویتهٔ یک عنصر در مقیاس پاولینگ فراهم می‌کند، بدون نیاز به جدول تناوبی چاپی. از آن برای تکالیف، گزارش‌های آزمایشگاهی و مراجعهٔ عمومی در شیمی استفاده می‌شود.

چگونه اختلاف الکترونگاتیویته را محاسبه کنم؟ مقدار هر عنصر را پیدا کنید، سپس عدد کوچک‌تر را از عدد بزرگ‌تر کم کنید. برای H و Cl، ۳٫۱۶ − ۲٫۲۰ = ۰٫۹۶.

کدام عنصر بیشترین الکترونگاتیویته را دارد؟ فلوئور، با مقدار ۳٫۹۸ در مقیاس پاولینگ، بیشترین مقدار را در داده‌های این ماشین‌حساب دارد.

کدام عنصر کمترین الکترونگاتیویته را دارد؟ فرانسیم، با مقدار تقریبی ۰٫۷۰، کمترین مقدار را در داده‌های این ماشین‌حساب دارد.

چرا گازهای نجیب مقدار الکترونگاتیویته ندارند؟ بیشتر گازهای نجیب، مانند هلیوم، نئون، آرگون و رادون، به‌ندرت پیوند تشکیل می‌دهند؛ بنابراین مقدار معناداری برای آن‌ها اندازه‌گیری نشده است. کریپتون و زنون استثنا هستند: آن‌ها تعداد کمی ترکیب شناخته‌شده تشکیل می‌دهند و در نتیجه در این ماشین‌حساب مقدار ثبت‌شده دارند.

تفاوت الکترونگاتیویته و میل الکترونی چیست؟ الکترونگاتیویته نشان می‌دهد یک اتم هنگام پیوند با اتمی دیگر با چه شدتی الکترون‌ها را به سوی خود می‌کشد؛ این کمیت واحد ندارد و نسبت به عناصر دیگر تعریف می‌شود. میل الکترونی انرژی آزادشده‌ای است که هنگام گرفتن یک الکترون توسط اتمی جدا و بدون پیوند آزاد می‌شود و بر حسب kJ/mol یا eV اندازه‌گیری می‌شود. این دو کمیت با هم همبستگی دارند، اما یکسان نیستند.

این مقادیر چقدر دقیق‌اند؟ این مقادیر از جداول رایج و منتشرشدهٔ مقیاس پاولینگ گرفته شده‌اند. منابع مرجع مختلف گاهی به دلیل تفاوت در اندازه‌گیری‌ها یا روش‌های محاسبه، اختلافی در حد چند صدم دارند. برای کارهای درسی و استفادهٔ عمومی آزمایشگاهی، این اختلاف معمولاً اهمیتی ندارد.

منابع

1. پاولینگ، L. (۱۹۳۲). «ماهیت پیوند شیمیایی. IV.» Journal of the American Chemical Society، ۵۴(۹)، ۳۵۷۰–۳۵۸۲.
2. مولیکن، R. S. (۱۹۳۴). «مقیاس جدید الکتروتمایل.» The Journal of Chemical Physics، ۲(۱۱)، ۷۸۲–۷۹۳.
3. آلرد، A. L.، و راکو، E. G. (۱۹۵۸). «مقیاسی از الکترونگاتیویته بر پایهٔ نیروی الکترواستاتیکی.» Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry، ۵(۴)، ۲۶۴–۲۶۸.
4. IUPAC. جدول تناوبی عناصر.