電気陰性度計算ツール - 瞬時にポーリング尺度の値を取得

電気陰性度計算機

電気陰性度計算機は、化学元素のポーリング尺度の電気陰性度の値を調べるツールです。電気陰性度とは、原子が他の原子と結合を形成するときに、電子を自分のほうへ引き寄せる強さの尺度です。このツールは118個すべての元素に対応しています。名前または元素記号を入力すると、元素記号、名前、ポーリング尺度の値が、簡単な視覚的な目盛りとともに表示されます。

電気陰性度とは？

2つの原子が結合を形成するとき、電子対を共有します。電気陰性度は、その電子対がどの程度不均等に共有されるかを表します。電気陰性度の高い原子は、共有電子を自分のほうへ強く引き寄せます。電気陰性度の低い原子は、電子をそれほど強く引きつけません。

この不均等な共有を結合の極性と呼びます。これは次のような事柄に影響します。

• 結合の強さと長さ
• 分子の極性 — 物質が水に溶けるか油に溶けるか
• 反応性 — 起こりやすい反応
• 物理的性質 — 沸点、融点、溶解度

ポーリング尺度

最も一般的な電気陰性度の尺度は、化学者ライナス・ポーリングによって1932年に作られました。その範囲はおよそ0.7から4.0です。このツールのデータでは、フッ素が3.98で最も高く、フランシウムが0.70で最も低い値を持ちます。

ポーリングは、直接の物理的な測定ではなく、結合エネルギーからこの値を導きました。もとの式は次のとおりです。

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

ここで、$\chi_A$と$\chi_B$は原子AとBの電気陰性度、$E_{AB}$はA–B結合の結合エネルギー（kJ/mol）、$E_{AA}$と$E_{BB}$はA–A結合およびB–B結合の結合エネルギーです。考え方は次のとおりです。A–B結合がA–A結合とB–B結合の平均より強い場合、その余分な強さは電子が不均等に共有されることから生じ、その余分な強さの大きさが電気陰性度の差の大きさを示します。

この計算機はその式を計算しません。あらかじめ公表されたポーリング値の表を保存しており、印刷された参考表と同じように、検索ごとに値を1つ参照します。

電気陰性度の差と結合の種類の計算方法

2つの元素の間にどの種類の結合ができるかを見積もるには、計算機で各元素の値を調べ、大きいほうの数から小さいほうの数を引きます。教科書によく載っている目安では、結果を大まかな3つの範囲に分けます。

これらの境界値は目安であり、厳密な法則ではありません。教科書によっては、イオン結合の境界を少し異なる値に置いています。実際の結合は連続的に変化し、境界付近の結合には、両方の性質が混ざったものもあります。

計算例。 H–Cl結合を調べるには、計算機で「H」を検索し、その値2.20を控えます。次に「Cl」を検索し、その値3.16を控えます。引き算をします。3.16 − 2.20 = 0.96。0.96は0.4と1.8の間にあるので、H–Cl結合は極性共有結合です。

周期表における電気陰性度の傾向

周期表の大部分には、次の2つの傾向が当てはまります。

• 周期に沿って左から右へ進むと、電気陰性度は高くなる。 外側の電子殻を同じまま陽子を得るため、原子核が共有電子をより強く引きつけます。
• 族を上から下へ進むと、電気陰性度は低くなる。 陽子数が増えるにもかかわらず、行が下がるごとに外側の電子が原子核から遠くなり、引力が弱まります。

周期表の右上に位置するフッ素が最も高い値を持ちます。左下に位置するフランシウムが最も低い値を持ちます。

ほとんどの金属は2.0未満で、ほとんどの非金属はそれを上回ります。ただしこれは大まかな傾向であり、規則ではありません。金（2.54）、白金（2.28）、ロジウム（2.28）など、一部の遷移金属はより高い値を示します。

この計算機の使い方

1. 入力欄に元素名（例：「Oxygen」）または元素記号（例：「O」）を入力します。
2. 結果には、元素の記号、名称、ポーリング尺度の値に加えて、低い値から高い値までを示す視覚的な尺度上のマーカーも表示されます。
3. 「Copy」を選択すると、数値をコピーできます。

部分一致にも対応しており、「Oxy」でOxygenが見つかります。また、大文字と小文字は区別されないため、「oxygen」と「OXYGEN」はどちらも使用できます。すべてのデータはページ自体に保存されるため、ページの読み込み後はインターネット接続がなくても検索できます。

値が掲載されていない元素

この計算機では、20の元素が数値ではなく「Not Available」（利用不可）と表示されます。そのうち4つは貴ガスで、ヘリウム、ネオン、アルゴン、ラドンです。貴ガスは外側の電子殻がすでに満たされているため、電子を共有することはまれです。ごく少数の実際の化合物をつくるクリプトンとキセノンには、値が掲載されています。それぞれ3.00と2.60です。

残りの16は、ローレンシウム（元素番号103）からオガネソン（元素番号118）までの、重い人工元素です。これらは研究室内でごく短い時間しか存在せず、量も結合エネルギーを測定するには少なすぎるため、信頼できる電気陰性度の値は発表されていません。

アメリシウムからノーベリウムまでのいくつかのアクチノイドは、公表された参考表では同じ推定値1.30を共有しています。これは化学的類似性に基づく代用値であり、各元素について個別に測定された数値ではありません。

ポーリング尺度の歴史

ライナス・ポーリングは、1932年の論文「化学結合の本質 IV. 単結合のエネルギーと原子の相対的電気陰性度」で、電気陰性度を数値で表しました。化学結合に関する研究により、彼は1954年のノーベル化学賞を受賞しました。

その後、化学者たちは別の尺度も提案しました。ロバート・マリケンの尺度は、イオン化エネルギーと電子親和力を用います。オールレッド・ロコウの尺度は、核電荷と原子の大きさを用います。リーランド・アレンの尺度は、分光学的データを用います。ポーリングのもとの尺度は、今も最も広く教えられ、引用されています。

よくある質問

電気陰性度計算機は何に使われますか。 印刷された周期表を使わずに、元素のポーリング尺度における電気陰性度の値をすばやく参照できます。宿題、実験レポート、一般的な化学の資料として利用されています。

電気陰性度の差はどのように計算しますか。 各元素の値を調べ、大きいほうの数値から小さいほうを引きます。HとClの場合、3.16 − 2.20 = 0.96です。

最も電気陰性度が高い元素はどれですか。 フッ素です。この計算機のデータでは、ポーリング尺度で3.98となり、最も高い値です。

最も電気陰性度が低い元素はどれですか。 フランシウムです。この計算機のデータでは、およそ0.70で最も低い値です。

なぜ貴ガスには電気陰性度の値がないのですか。 ほとんどの貴ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、ラドン）は結合をほとんど形成しないため、意味のある値が測定されていません。クリプトンとキセノンは例外で、少数の既知の化合物を形成するため、この計算機には値が掲載されています。

電気陰性度と電子親和力の違いは何ですか。 電気陰性度は、すでに別の原子と結合している原子が電子を引き寄せる強さを表します。単位はなく、他の元素との相対的な値として定義されます。電子親和力は、結合していない単独の原子が電子を1個受け取るときに放出または吸収されるエネルギーで、kJ/molで測定されます。電子親和力は直接測定されますが、電気陰性度は計算で求められます。この2つは同じ量ではありません。

これらの値はどの程度正確ですか。 値は、一般に公表されているポーリング尺度の表に基づいています。参考資料によっては、異なる測定方法や計算方法を反映して、数百分の一程度の差が生じることがあります。授業や一般的な実験での利用では、この違いが問題になることはほとんどありません。

参考文献

1. OpenStax。Chemistry 2e, 7.2 Covalent Bonding。化学 2e：共有結合：電気陰性度の定義、周期的傾向、結合の種類の範囲（0.4未満、0.4から1.8、1.8より大きい）、貴ガス、電気陰性度と電子親和力の比較。
2. オレゴン州立大学特別コレクション。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）。ポーリングの1932年の論文のスキャン：結合エネルギーに基づくポーリングの1932年の電気陰性度尺度。
3. ノーベル財団アウトリーチ。The Nobel Prize in Chemistry 1954。ノーベル化学賞 1954：化学結合の性質に関する研究に対してライナス・ポーリングに授与された。