Ionos Karakterű Kalkulátor - Pauling Képlete | Kötés Polaritás

Mi az ionos jelleg?

Az ionos jelleg azt méri, hogy két atom milyen egyenlőtlenül osztozik az elektronokon egy kémiai kötésben. Százalékos értékként adják meg, 0%-tól (az elektronokon egyenlően osztoznak, a kötés tisztán kovalens) valamivel 100% alattig (az egyik atom csaknem teljesen elvette az elektront a másiktól, így a kötés közel tisztán ionos). A legtöbb valódi kötés e két szélsőérték között helyezkedik el. Az ionosjelleg-kalkulátor a két kötött atom elektronegativitásából becsüli meg ezt a százalékot, Linus Pauling kémikus által közzétett képletet használva.

Az elektronegativitás egy olyan szám, amely azt fejezi ki, hogy egy atom milyen erősen vonzza maga felé a közös elektronokat. A gyakran használt Pauling-skálán az értékek körülbelül 0,7-től (cézium és frank­ium, gyengén vonzó elemek) 4,0-ig (fluor, a legerősebben vonzó elem) terjednek. Ha két kötött atom elektronegativitása nagyon különböző, az egyik atom sokkal erősebben vonzza a közös elektronokat, mint a másik, és a kötés ionos jellege nagy.

Az ionos jelleg kiszámítása (Pauling képlete)

A számítóprogram ezt a képletet használja:

\text{Ionos jelleg (%)} = \left(1 - e^{-0.25(\Delta\chi)^2}\right) \times 100

Itt Δχ (delta khi) a két atom elektronegativitásértékeinek abszolút különbsége, e pedig Euler száma, körülbelül 2,71828.

A képlet használata:

1. Keresse ki mindkét atom Pauling-féle elektronegativitását. A legtöbb periódusos rendszer és kémiatankönyv felsorolja ezeket az értékeket.
2. A Δχ meghatározásához vonja ki a kisebb értéket a nagyobbikból. Az atomok sorrendje nem számít, mivel csak a különbséget használjuk.
3. Emelje négyzetre a Δχ-t, szorozza meg −0,25-tel, majd emelje e-t erre a hatványra.
4. Az eredményt vonja ki 1-ből, majd szorozza meg 100-zal a százalékérték meghatározásához.

Az összefüggés nem egyenes vonalú. A 0,5 értékű Δχ körülbelül 6% ionos jelleget ad, míg a 1,0 értékű Δχ körülbelül 22%-ot, nem pedig 12%-ot. Az elektronegativitás-különbség kis növekedései egyre nagyobb ugrásokat okoznak az ionos jellegben, amíg a görbe ellaposodik, és megközelíti, de soha nem éri el a 100%-ot.

Számítási példa: a szén–oxigén kötés

Az alkoholokban és sok más szerves molekulában megtalálható C–O kötés tipikus eset.

• A szén elektronegativitása: 2,5
• Az oxigén elektronegativitása: 3,5
• Különbség: Δχ = |3,5 − 2,5| = 1,0
• Ionos jelleg: (1 − e^(−0,25 × 1,0²)) × 100 ≈ 22,1%
• Besorolás: poláris kovalens

Számítási példa: a nátrium–klór kötés

• A nátrium elektronegativitása: 0,9
• A klór elektronegativitása: 3,0
• Különbség: Δχ = |3,0 − 0,9| = 2,1
• Ionos jelleg: (1 − e^(−0,25 × 2,1²)) × 100 ≈ 66,8%
• Besorolás: ionos

Még a konyhasó Na–Cl kötése is, amely az ionos kötés tankönyvi példája, körülbelül 67% ionos jellegű, nem pedig 100%-ban az. Pauling képlete minden kötést részben kovalensnek, részben ionosnak tekint, és egyetlen közönséges kötés sem éri el a teljes 100%-ot.

A kötések besorolása

A kalkulátor három kategóriába sorolja az eredményt:

Ezek a határértékek megállapodáson alapulnak, nem éles fizikai határok. Egy 49%-ban ionos jellegű kötés csak kissé viselkedik másképp, mint egy 51%-ban ionos jellegű kötés.

További példák

Miért fontos az ionos jelleg?

A nagyobb ionos jellegű kötések általában olyan vegyületekben találhatók, amelyek vízben oldódnak, kemény kristályos szilárd anyagokat alkotnak, és olvadék vagy oldat formájában vezetik az elektromos áramot. A kis ionos jellegű kötések ehelyett általában olyan vegyületekben találhatók, amelyek olajokkal és más apoláris anyagokkal keverednek. Ezen alapul az „hasonló a hasonlót oldja” szabály: a poláris O–H kötésekből felépülő víz sokkal jobban oldja a poláris vagy ionos anyagokat, mint az olyan apoláris anyagokat, mint a növényi olaj.

A képlet története

Linus Pauling 1932-ben tette közzé az első numerikus elektronegativitási skálát a Journal of the American Chemical Society folyóiratban. A skálát a mért kötési energiák összehasonlításával alakította ki. A fenti exponenciális képlet később jelent meg The Nature of the Chemical Bond című könyvében, amelyet először 1939-ben nyomtattak ki, majd 1960-ban átdolgoztak. A kémiai kötésről végzett munkájáért Pauling 1954-ben kémiai Nobel-díjat kapott.

Azóta más tudósok is javasoltak különböző elektronegativitási skálákat, köztük Robert Mulliken skáláját (1934), amely az ionizációs energián és az elektronaffinitáson alapul. A Pauling-skála ma is a legszélesebb körben tanított és használt skála.

A Pauling-képlet korlátai

A Pauling-képlet közelítés. Egyszerű, gyakori kötések esetén jól működik, de ismert korlátai vannak.

• Csak az elektronegativitást használja, ezért figyelmen kívül hagyja az olyan hatásokat, mint a rezonancia (amikor az elektronok több atom között oszlanak meg, például a benzolban), valamint a környező molekulaszerkezetet.
• A különböző tankönyvek kissé eltérő elektronegativitásértékeket adnak meg ugyanarra az elemre, ami megváltoztatja az eredményt.
• Az 50% feletti eredmény nem mindig egyezik azzal, ahogyan a vegyészek egy valódi anyagot besorolnak. Ha a képletet hidrogénre és fluor-ra alkalmazzuk (2,1 és 4,0), akkor Δχ = 1,9, az ionos jelleg pedig körülbelül 59%, ami meghaladja az ionos jelleg határértékét. A hidrogén-fluoridot mégis rendszerint poláris kovalens molekulaként írják le, nem ionos vegyületként, mert különálló molekulák formájában létezik, nem pedig ionok nátrium-kloridhoz hasonló rácsaként. A százalékos érték hasznos becslés, nem szigorú szabály.

Pontosabb értékekhez a vegyészek olyan számítási módszereket használnak, mint a sűrűségfunkcionál-elmélet, illetve olyan kísérleti technikákat, mint a röntgenkrisztallográfia és az infravörös spektroszkópia, amelyek közvetlenül mérik az elektroneloszlást.

Gyakran ismételt kérdések

Mi az ionos jelleg?

Az ionos jelleg annak becsült százaléka, hogy egy kémiai kötés jellege mennyiben ered abból, hogy az egyik atom elvon egy elektront a másiktól, ahelyett hogy a két atom egyenlően osztozna rajta. Az érték azonos atomok esetén közel 0%-tól nagyon eltérő elektronegativitású atomok esetén valamivel 100% alattig terjed.

Mi a Pauling-féle képlet az ionos jellegre?

Ionos jelleg (%) = (1 − e^(−0,25 × Δχ²)) × 100, ahol Δχ a két kötött atom Pauling-féle elektronegativitásértékeinek abszolút különbsége.

Miért nem ionos egyetlen kötés sem 100%-ban?

A képlet a 100%-hoz közelít, ahogy a Δχ növekszik, de soha nem éri el, mert az elektronátadást valószínűségként kezeli, nem pedig minden vagy semmi jellegű eseményként. Még a nagy ionos jellegű kötések, például a cézium-fluorid Cs–F kötése is, amelynek elektronegativitás-különbsége körülbelül 3,2, hozzávetőleg 92%-os értéket ad 100% helyett, mivel bizonyos elektronmegosztás továbbra is történik.

Mennyire pontos a Pauling-féle képlet?

A gyakori kötések esetén nagyjából egyezést mutat olyan fejlettebb módszerekkel kapott eredményekkel, mint a számításos kémia és a röntgenkrisztallográfia. Nem veszi figyelembe a rezonanciát és a molekula teljes szerkezetének hatásait, ezért általános becslésként működik a legjobban, nem pedig pontos mérésként.

Az ionos jelleg azonos a kötés polaritásával?

Összefüggnek, de nem azonosak. A kötés polaritása a töltés kötésen belüli elkülönülését írja le, amelyet gyakran dipólusmomentummal mérnek. Az ionos jelleg az elektronegativitásból származtatott százalékos becslés arra, hogy milyen mértékű elektronátadás, illetve elektronmegosztás történik. A nagyobb ionos jellegű kötésnek általában nagyobb a dipólusmomentuma.

Honnan származnak az elektronegativitásértékek?

A Pauling-féle elektronegativitási skálából származnak, amely megtalálható a legtöbb általános kémiai tankönyvben és periódusos rendszerben. Ezen a skálán az értékek általában a cézium és a frankium körülbelül 0,7 értékétől a fluor 4,0 értékéig terjednek.