מחשבון אלקטרוניגטיביות - ערכי סולם פאולינג מיידיים

מחשבון אלקטרושליליות

מחשבון אלקטרושליות מציג את ערך האלקטרושליליות של יסוד כימי בסולם פאולינג. אלקטרושליות היא מדד למידת המשיכה של אטום את האלקטרונים המשותפים אליו כאשר הוא יוצר קשר עם אטום אחר. כלי זה כולל את כל 118 היסודות: מזינים שם או סמל, והוא מציג את סמל היסוד, את שמו ואת ערכו בסולם פאולינג על גבי סולם חזותי פשוט.

מהי אלקטרושליות?

כאשר שני אטומים יוצרים קשר, הם חולקים זוג אלקטרונים. האלקטרושליות מתארת עד כמה חלוקת הזוג אינה אחידה. אטום בעל אלקטרושליות גבוהה מושך את האלקטרונים המשותפים אליו. אטום בעל אלקטרושליות נמוכה אוחז בהם באופן רופף יותר.

חלוקה לא אחידה זו נקראת קוטביות הקשר. היא משפיעה על כמה תכונות:

• חוזק הקשר ואורכו
• קוטביות מולקולרית — האם חומר מתמוסס במים או בשמן
• תגובתיות — אילו תגובות צפויות להתרחש
• תכונות פיזיקליות — נקודת רתיחה, נקודת התכה, מסיסות

סולם פאולינג

סולם האלקטרושליות הנפוץ ביותר נוצר על ידי הכימאי לינוס פאולינג בשנת 1932. הוא נע בקירוב מ־0.7 עד 4.0. בנתונים של כלי זה, לפלואור יש את הערך הגבוה ביותר, 3.98, ולפרנציום את הנמוך ביותר, 0.70.

פאולינג חישב את הסולם מתוך אנרגיות קשר שנמדדו, ולא מתוך מדידה פיזיקלית ישירה. המשוואה המקורית היא:

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

כאן, $\chi_A$ ו־$\chi_B$ הן האלקטרושליויות של האטומים A ו־B, $E_{AB}$ היא אנרגיית הקשר של קשר A–B (ב־kJ/mol), ו־$E_{AA}$ ו־$E_{BB}$ הן אנרגיות הקשר של קשרי A–A ו־B–B. הרעיון הוא שאם קשר A–B חזק מהממוצע של קשרי A–A ו־B–B, החוזק הנוסף נובע מחלוקה לא שווה של האלקטרונים, וגודל החוזק הנוסף מצביע על גודל הפער באלקטרושליות.

מחשבון זה אינו פותר את המשוואה. הוא מכיל טבלה של ערכי פאולינג שכבר פורסמו ומאתר ערך אחד בכל חיפוש, כפי שעושה טבלת עזר מודפסת.

כיצד לחשב את הפרש האלקטרושליות ואת סוג הקשר

כדי להעריך איזה סוג קשר נוצר בין שני יסודות, מאתרים במחשבון את הערך של כל יסוד ואז מחסרים את המספר הקטן מהמספר הגדול. התוצאה מסווגת בדרך כלל לשלושה תחומים:

ספי החיתוך האלה הם כלל אצבע הנלמד באופן נרחב, ולא חוק מחייב. קשרים אמיתיים נמצאים על רצף, וקשרים מסוימים הסמוכים לגבול מציגים אופי מעורב.

דוגמה פתורה. כדי לבדוק את קשר H–Cl, מחפשים "H" במחשבון ורושמים את ערכו, 2.20. לאחר מכן מחפשים "Cl" ורושמים את ערכו, 3.16. מחסרים: 3.16 − 2.20 = 0.96. מכיוון ש־0.96 נמצא בין 0.4 לבין 1.7, קשר H–Cl הוא קשר קוולנטי קוטבי.

מגמות האלקטרושליות בטבלה המחזורית

שני דפוסים מכסים את רוב הטבלה המחזורית:

• לאורך מחזור (משמאל לימין), האלקטרושליות עולה. האטומים צוברים פרוטונים תוך שמירה על אותה קליפת אלקטרונים חיצונית, ולכן הגרעין מושך חזק יותר את האלקטרונים המשותפים.
• במורד קבוצה (מלמעלה למטה), האלקטרושליות יורדת. האלקטרונים החיצוניים נמצאים רחוק יותר מהגרעין בכל שורה עוקבת, ולכן המשיכה נחלשת אף שיש יותר פרוטונים.

לפלואור, הנמצא בחלק הימני העליון של הטבלה, יש את הערך הגבוה ביותר. לפרנציום, הנמצא בחלק השמאלי התחתון, יש את הנמוך ביותר.

רוב המתכות נמצאות מתחת ל־2.0, ורוב האל־מתכות מעליו, אך זהו דפוס כללי ולא כלל: מתכות מעבר מסוימות מציגות ערכים גבוהים יותר, ובהן זהב (2.54), פלטינה (2.28) ורודיום (2.28).

כיצד להשתמש במחשבון זה

1. מזינים בשדה הקלט את שם היסוד (לדוגמה, "Oxygen") או את הסמל שלו (לדוגמה, "O").
2. התוצאה מציגה את סמל היסוד, את שמו ואת ערכו בסולם פאולינג, וכן סמן על גבי סולם חזותי מנמוך לגבוה.
3. בוחרים באפשרות "Copy" כדי להעתיק את הערך המספרי.

החיפוש פועל גם לפי טקסט חלקי ("Oxy" מוצא את Oxygen) ומתעלם מהבדלי אותיות רישיות וקטנות ("oxygen" וגם "OXYGEN" פועלים). כל הנתונים מאוחסנים בדף עצמו, ולכן החיפושים ממשיכים לפעול ללא חיבור לאינטרנט לאחר טעינת הדף.

יסודות ללא ערך רשום

עשרים יסודות במחשבון זה מציגים "Not Available" במקום מספר. ארבעה מהם הם גזים אצילים: הליום, ניאון, ארגון ורדון. גזים אלה יוצרים קשרים לעיתים רחוקות, משום שקליפות האלקטרונים החיצוניות שלהם כבר מלאות. קריפטון וקסנון אכן יוצרים מספר קטן של תרכובות אמיתיות, ולפיכך יש להם ערכים רשומים: 3.00 ו־2.60.

שישה־עשר האחרים הם יסודות כבדים מעשה ידי אדם, החל בלורנציום (יסוד 103) ועד אוגנסון (יסוד 118). הם קיימים רק לזמן קצר במעבדות, בכמויות קטנות מכדי למדוד אנרגיות קשר, ולכן לא פורסם עבורם ערך אלקטרושליות מהימן.

כמה מהאקטינידים, מאמריציום ועד נובליום, חולקים את אותו ערך מוערך, 1.30, בטבלאות עזר שפורסמו. זהו ערך מציין מקום המבוסס על דמיון כימי, ולא נתון שנמדד בנפרד עבור כל יסוד.

ההיסטוריה של סולם פאולינג

כימאים הבחינו בהתנהגות לא אחידה של משיכת אלקטרונים זמן רב לפני שניתן לה שם. בשנת 1811 הציע יונס יאקוב ברצליוס שלאטומים יש מטענים המשפיעים על האופן שבו הם מתחברים. רעיונות מוקדמים אלה תיארו את התופעה בלי למדוד אותה.

לינוס פאולינג העניק לרעיון ערך מספרי במאמרו משנת 1932, "טבעו של הקשר הכימי", ובו גזר את הערכים מתוך אנרגיות קשר שנמדדו. עבודה זו תרמה לזכייתו בפרס נובל לכימיה בשנת 1954.

כימאים מאוחרים יותר הציעו סולמות אחרים: סולם מוליקן של רוברט מוליקן משנת 1934, המבוסס על אנרגיית יינון וזיקת אלקטרון; סולם אלרד–רוכו משנת 1958, המבוסס על מטען גרעיני וגודל אטומי; והסולם של לילנד אלן משנת 1989, המבוסס על נתונים ספקטרוסקופיים. הסולם המקורי של פאולינג נותר הסולם הנלמד והמצוטט ביותר.

שאלות נפוצות

למה משמש מחשבון אלקטרושליות? הוא מספק עיון מהיר בערך האלקטרושליות של יסוד בסולם פאולינג, בלי צורך בטבלה מחזורית מודפסת. משתמשים בו להכנת שיעורי בית, לדוחות מעבדה ולעיון כללי בכימיה.

כיצד מחשבים את הפרש האלקטרושליות? מאתרים את הערך של כל יסוד ואז מחסרים את המספר הקטן מהמספר הגדול. עבור H ו־Cl, 3.16 − 2.20 = 0.96.

לאיזה יסוד יש את האלקטרושליות הגבוהה ביותר? פלואור, שערכו בסולם פאולינג הוא 3.98, והוא הערך הגבוה ביותר בנתוני מחשבון זה.

לאיזה יסוד יש את האלקטרושליות הנמוכה ביותר? פרנציום, שערכו כ־0.70, והוא הערך הנמוך ביותר בנתוני מחשבון זה.

מדוע לגזים אצילים אין ערכי אלקטרושליות? רוב הגזים האצילים (הליום, ניאון, ארגון ורדון) יוצרים קשרים לעיתים רחוקות, ולכן לא נמדד עבורם ערך בעל משמעות. קריפטון וקסנון הם יוצאי דופן: הם יוצרים מספר קטן של תרכובות מוכרות, ולכן יש להם ערכים רשומים במחשבון זה.

מה ההבדל בין אלקטרושליות לבין זיקת אלקטרון? אלקטרושליות מתארת את מידת המשיכה של אטום לאלקטרונים כאשר הוא כבר קשור לאטום אחר; אין לה יחידות והיא מוגדרת ביחס ליסודות אחרים. זיקת אלקטרון היא האנרגיה המשתחררת כאשר אטום נפרד שאינו קשור קולט אלקטרון, והיא נמדדת ב־kJ/mol או ב־eV. יש ביניהן מתאם, אך הן אינן אותו גודל.

עד כמה הערכים האלה מדויקים? הערכים נלקחו מטבלאות סולם פאולינג שפורסמו במקורות נפוצים. מקורות עזר שונים נבדלים לפעמים בכמה מאיות, בשל הבדלים במדידות או בשיטות החישוב. לצורכי לימודים ולעבודה כללית במעבדה, להבדל זה יש בדרך כלל חשיבות מועטה.

מקורות

1. פאולינג, ל' (1932). "The Nature of the Chemical Bond. IV." Journal of the American Chemical Society, 54(9), 3570–3582.
2. מוליקן, ר' ס' (1934). "A New Electroaffinity Scale." The Journal of Chemical Physics, 2(11), 782–793.
3. אלרד, א' ל', ורוכו, א' ג' (1958). "A scale of electronegativity based on electrostatic force." Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 5(4), 264–268.
4. IUPAC. Periodic Table of Elements.