Joninis Charakteris Skaičiuotuvas - Paulingo Formulė | Ryšio Poliariškumas
Apskaičiuokite joninio charakterio procentą cheminiuose ryšiuose naudodami Paulingo formulę. Nustatykite ryšio poliariškumą ir klasifikuokite ryšius kaip kovalentinius, poliarinius ar joninius. Nemokamas chemijos įrankis su pavyzdžiais.
Joninio charakterio procentų skaičiuoklė
Apskaičiuokite cheminės jungties joninio charakterio procentą pagal Paulingo formulę.
Skaičiavimo formulė
% joninis charakteris = (1 - e^(-0,25 * (Δχ)²)) * 100, kur Δχ yra elektronegativumo skirtumas
Jungties tipo vizualizacija
Informacija
Cheminės jungties joninis charakteris nustatomas pagal elektronegativumo skirtumą tarp atomų:
- Nepoliarinės kovalentinės jungtys: 0-5% joninis charakteris
- Poliarinės kovalentinės jungtys: 5-50% joninis charakteris
- Joninės jungtys: >50% joninis charakteris
Dokumentacija
Kas yra joninis pobūdis?
Joninis pobūdis – tai matas, parodantis, kaip netolygiai du atomai dalijasi elektronais cheminėje jungtyje. Jis išreiškiamas procentais nuo 0 % (elektronais dalijamasi vienodai, jungtis yra grynai kovalentinė) iki šiek tiek mažiau nei 100 % (vienas atomas beveik visiškai perima elektroną iš kito, todėl jungtis beveik grynai joninė). Dauguma tikrųjų jungčių yra tarp šių dviejų kraštutinių atvejų. Joninio pobūdžio skaičiuotuvas įvertina šį procentą pagal abiejų susijungusių atomų elektroneigiamumą, naudodamas chemiko Linuso Paulingo paskelbtą formulę.
Elektroneigiamumas – tai skaičius, rodantis, kaip stipriai atomas traukia bendrus elektronus į save. Įprastoje Paulingo skalėje vertės svyruoja maždaug nuo 0,7 (cezis ir francis, silpnai traukiantys elektronus) iki 4,0 (fluoras, stipriausiai traukiantis elektronus). Kai dviejų susijungusių atomų elektroneigiamumo vertės labai skiriasi, vienas atomas bendrus elektronus traukia daug stipriau už kitą, todėl jungtis pasižymi dideliu joniniu pobūdžiu.
Kaip apskaičiuoti joninį pobūdį (Paulingo formulė)
Skaičiuoklė naudoja šią formulę:
\text{Joninis pobūdis (%)} = \left(1 - e^{-0.25(\Delta\chi)^2}\right) \times 100
Čia Δχ (delta chi) yra absoliutus skirtumas tarp dviejų atomų elektroneigiamumo verčių, o e – Eulerio skaičius, maždaug 2,71828.
Kaip naudoti formulę:
- Raskite kiekvieno atomo elektroneigiamumą pagal Paulingo skalę. Daugumoje periodinių lentelių ir chemijos vadovėlių šios vertės pateikiamos.
- Iš didesnės vertės atimkite mažesnę, kad gautumėte Δχ. Atomų eilės tvarka nesvarbi, nes naudojamas tik skirtumas.
- Pakelkite Δχ kvadratu, padauginkite iš −0,25 ir pakelkite e tuo laipsniu.
- Iš 1 atimkite gautą rezultatą ir padauginkite iš 100, kad gautumėte procentinę vertę.
Šis ryšys nėra tiesinis. Kai Δχ = 0,5, joninis pobūdis sudaro apie 6 %, tačiau kai Δχ = 1,0, jis sudaro apie 22 %, o ne 12 %. Nedideli elektroneigiamumo skirtumo padidėjimai sukelia vis didesnius joninio pobūdžio šuolius, kol kreivė išsilygina ir artėja, bet niekada nepasiekia 100 %.
Skaičiavimo pavyzdys: anglies ir deguonies jungtis
C–O jungtis, randama alkoholiuose ir daugelyje kitų organinių molekulių, yra tipiškas atvejis.
- Anglies elektroneigiamumas: 2,5
- Deguonies elektroneigiamumas: 3,5
- Skirtumas: Δχ = |3,5 − 2,5| = 1,0
- Joninis pobūdis: (1 − e^(−0,25 × 1,0²)) × 100 ≈ 22,1 %
- Klasifikacija: polinė kovalentinė jungtis
Skaičiavimo pavyzdys: natrio ir chloro jungtis
- Natrio elektroneigiamumas: 0,9
- Chloro elektroneigiamumas: 3,0
- Skirtumas: Δχ = |3,0 − 0,9| = 2,1
- Joninis pobūdis: (1 − e^(−0,25 × 2,1²)) × 100 ≈ 66,8 %
- Klasifikacija: joninė jungtis
Net valgomosios druskos Na–Cl jungtis, vadovėlinis joninės jungties pavyzdys, sudaro apie 67 % joninio pobūdžio, o ne 100 %. Paulingo formulėje kiekviena jungtis laikoma iš dalies kovalentine ir iš dalies jonine, todėl jokia įprasta jungtis nepasiekia visų 100 %.
Jungčių klasifikacija
Skaičiuotuvas suskirsto rezultatą į tris kategorijas:
| Joninis pobūdis | Klasifikacija | Pavyzdys |
|---|---|---|
| 5 % arba mažesnis | Nepolinė kovalentinė jungtis | C–C, C–H |
| Didesnis nei 5 %, iki 50 % | Polinis kovalentinis ryšys | C–O, H–Cl |
| Didesnis nei 50 % | Joninis ryšys | Na–Cl, K–F |
Šios ribos yra susitarimas, o ne griežta fizinė riba. Jungtis, kurios joninis pobūdis yra 49 %, elgiasi tik šiek tiek kitaip nei jungtis, kurios jis yra 51 %.
Daugiau pavyzdžių
| Jungtis | Elektroneigiamumas 1 | Elektroneigiamumas 2 | Δχ | Joninis pobūdis | Klasifikacija |
|---|---|---|---|---|---|
| C–C | 2,5 | 2,5 | 0 | 0 % | Nepolinė kovalentinė jungtis |
| C–H | 2,5 | 2,1 | 0,4 | 3,92 % | Nepolinė kovalentinė jungtis |
| C–O | 2,5 | 3,5 | 1,0 | 22,12 % | Polinis kovalentinis ryšys |
| H–Cl | 2,1 | 3,0 | 0,9 | 18,33 % | Polinis kovalentinis ryšys |
| Na–Cl | 0,9 | 3,0 | 2,1 | 66,80 % | Joninis ryšys |
| K–F | 0,8 | 4,0 | 3,2 | 92,27 % | Joninis ryšys |
Kodėl joninis pobūdis svarbus
Didesnio joninio pobūdžio jungtys paprastai priklauso junginiams, kurie tirpsta vandenyje, sudaro kietas kristalines medžiagas ir išlydyti arba ištirpinti praleidžia elektros srovę. Mažo joninio pobūdžio jungtys paprastai priklauso junginiams, kurie maišosi su aliejais ir kitomis nepolinėmis medžiagomis. Tuo grindžiama taisyklė „panašus tirpdo panašų“: vanduo, sudarytas iš polinių O–H jungčių, daug geriau tirpdo kitas polines arba jonines medžiagas nei nepolines medžiagas, pavyzdžiui, augalinį aliejų.
Formulės istorija
Linusas Paulingas pirmąją skaitinę elektroneigiamumo skalę paskelbė 1932 žurnale Journal of the American Chemical Society. Jis sudarė skalę lygindamas išmatuotas jungčių energijas. Pirmiau pateikta eksponentinė formulė atsirado vėliau, jo knygoje The Nature of the Chemical Bond, pirmą kartą išleistoje 1939 ir pataisytoje 1960. Už darbus cheminių jungčių srityje Paulingas gavo 1954 Nobelio chemijos premiją.
Vėliau kiti mokslininkai pasiūlė kitokias elektroneigiamumo skales, įskaitant Roberto Mullikeno skalę (1934), pagrįstą jonizacijos energija ir elektronų afinitetu. Paulingo skalė ir šiandien tebėra plačiausiai dėstoma ir naudojama.
Paulingo formulės ribotumai
Paulingo formulė yra apytikslė. Ji gerai tinka paprastoms, įprastoms jungtims, tačiau turi žinomų ribotumų.
- Ji naudoja tik elektroneigiamumą, todėl neatsižvelgia į rezonanso poveikį (elektronai pasiskirsto tarp kelių atomų, kaip benzene) ir aplinkinę molekulės struktūrą.
- Skirtinguose vadovėliuose tam pačiam elementui pateikiamos šiek tiek skirtingos elektroneigiamumo vertės, todėl pasikeičia ir rezultatas.
- Didesnis nei 50 % rezultatas ne visada sutampa su tuo, kaip chemikai klasifikuoja tikrąją medžiagą. Pritaikius formulę vandeniliui ir fluorui (2,1 ir 4,0), gaunama Δχ = 1,9 ir maždaug 59 % joninio pobūdžio, t. y. daugiau už joninio pobūdžio ribą. Tačiau vandenilio fluoridas paprastai apibūdinamas kaip polinė kovalentinė molekulė, o ne joninis junginys, nes jis egzistuoja kaip atskiros molekulės, o ne kaip jonų gardelė, tokia kaip natrio chloride. Procentinė vertė yra naudingas įvertis, o ne griežta taisyklė.
Tikslesnėms vertėms chemikai naudoja skaičiavimo metodus, pavyzdžiui, tankio funkcionalų teoriją, arba eksperimentinius metodus, pavyzdžiui, rentgeno kristalografiją ir infraraudonąją spektroskopiją, kuriais elektronų pasiskirstymas matuojamas tiesiogiai.
Dažnai užduodami klausimai
Kas yra joninis pobūdis?
Joninis pobūdis – tai įvertinta cheminės jungties pobūdžio procentinė dalis, atsirandanti dėl to, kad vienas atomas atitraukia elektroną nuo kito, užuot atomams vienodai juo dalijantis. Jis svyruoja nuo beveik 0 %, kai atomai yra vienodi, iki šiek tiek mažiau nei 100 %, kai atomų elektroneigiamumas labai skiriasi.
Kokia yra Paulingo joninio pobūdžio formulė?
Joninis pobūdis (%) = (1 − e^(−0,25 × Δχ²)) × 100, kur Δχ yra absoliutus skirtumas tarp dviejų susijungusių atomų elektroneigiamumo verčių pagal Paulingo skalę.
Kodėl nė viena jungtis nėra 100 % joninė?
Didėjant Δχ, formulė artėja prie 100 %, bet jo niekada nepasiekia, nes elektronų perdavimą ji traktuoja kaip tikimybę, o ne kaip reiškinį „viskas arba nieko“. Net labai joninės jungtys, pavyzdžiui, cezio fluorido Cs–F jungtis (elektroneigiamumų skirtumas yra maždaug 3,2), sudaro maždaug 92 %, o ne 100 %, nes dalis elektronų vis tiek yra bendrai naudojama.
Kiek tiksli yra Paulingo formulė?
Įprastoms jungtims ji iš esmės atitinka pažangesniais metodais, pavyzdžiui, skaičiuojamąja chemija ir rentgeno kristalografija, gautus rezultatus. Ji neatsižvelgia į rezonansą ar visos molekulės struktūros poveikį, todėl geriausiai tinka kaip bendras įvertis, o ne tikslus matavimas.
Ar joninis pobūdis yra tas pats, kas jungties poliškumas?
Šios sąvokos susijusios, bet nėra tapačios. Jungties poliškumas apibūdina krūvio atsiskyrimą jungtyje ir dažnai matuojamas dipoliniu momentu. Joninis pobūdis yra procentinis įvertis, išvestas tik iš elektroneigiamumo, rodantis, kiek jungtyje vyksta elektronų perdavimo, o kiek – dalijimosi jais. Didesnio joninio pobūdžio jungtis paprastai turi didesnį dipolinį momentą.
Iš kur gaunamos elektroneigiamumo vertės?
Jos gaunamos iš Paulingo elektroneigiamumo skalės, pateikiamos daugumoje bendrosios chemijos vadovėlių ir periodinių lentelių. Šios skalės vertės paprastai svyruoja nuo maždaug 0,7 ceziui ir franciui iki 4,0 fluorui.