Calculator de Caracter Ionic - Formula lui Pauling | Polaritatea Legăturii

Ce este caracterul ionic?

Caracterul ionic este o măsură a gradului de neuniformitate cu care doi atomi împart electronii într-o legătură chimică. Este exprimat ca procent, de la 0 % (electronii sunt împărțiți în mod egal, într-o legătură pur covalentă) până la puțin sub 100 % (un atom a preluat aproape complet un electron de la celălalt, ceea ce se apropie de o legătură pur ionică). Majoritatea legăturilor reale se situează undeva între aceste două extreme. Calculatorul caracterului ionic estimează acest procent pe baza electronegativității celor doi atomi legați, folosind o formulă publicată de chimistul Linus Pauling.

Electronegativitatea este o mărime care indică cât de puternic atrage un atom spre sine electronii puși în comun. Pe scara Pauling utilizată în mod obișnuit, valorile variază de la aproximativ 0,7 (cesiu și franciu, care atrag slab) până la 4,0 (fluorul, care atrage cel mai puternic). Când doi atomi legați au valori foarte diferite ale electronegativității, unul dintre atomi atrage electronii comuni mult mai puternic decât celălalt, iar legătura are un caracter ionic pronunțat.

Cum se calculează caracterul ionic (formula lui Pauling)

Calculatorul folosește următoarea formulă:

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

Aici, Δχ (delta chi) este diferența absolută dintre valorile electronegativității celor doi atomi, iar e este numărul lui Euler, aproximativ egal cu 2,71828.

Pentru a utiliza formula:

1. Consultați electronegativitatea Pauling a fiecărui atom. Majoritatea tabelelor periodice și manualelor de chimie prezintă aceste valori.
2. Scădeți valoarea mai mică din cea mai mare pentru a obține Δχ. Ordinea atomilor nu contează, deoarece se utilizează doar diferența.
3. Ridicați Δχ la pătrat, înmulțiți cu −0,25 și ridicați e la puterea respectivă.
4. Scădeți rezultatul din 1 și înmulțiți cu 100 pentru a obține procentul.

Relația nu este liniară. Un Δχ de 0,5 dă un caracter ionic de aproximativ 6 %, însă un Δχ de 1,0 dă aproximativ 22 %, nu 12 %. Creșterile mici ale diferenței de electronegativitate produc salturi tot mai mari ale caracterului ionic, până când curba se aplatizează și se apropie, fără să atingă vreodată, de 100 %.

Exemplu rezolvat: legătura carbon–oxigen

Legătura C–O, întâlnită în alcooli și în multe alte molecule organice, este un caz tipic.

• Electronegativitatea carbonului: 2,5
• Electronegativitatea oxigenului: 3,5
• Diferența: Δχ = |3,5 − 2,5| = 1,0
• Caracter ionic: (1 − e^(−0,25 × 1,0²)) × 100 ≈ 22,1 %
• Clasificare: covalentă polară

Exemplu rezolvat: legătura sodiu–clor

• Electronegativitatea sodiului: 0,9
• Electronegativitatea clorului: 3,0
• Diferența: Δχ = |3,0 − 0,9| = 2,1
• Caracter ionic: (1 − e^(−0,25 × 2,1²)) × 100 ≈ 66,8 %
• Clasificare: ionică

Chiar și legătura Na–Cl din sarea de bucătărie, un exemplu clasic de legătură ionică, are un caracter ionic de aproximativ 67 %, nu de 100 %. Formula lui Pauling tratează fiecare legătură ca fiind parțial covalentă și parțial ionică, iar nicio legătură obișnuită nu atinge valoarea completă de 100 %.

Clasificarea legăturilor

Calculatorul încadrează rezultatul în trei categorii:

Aceste praguri sunt convenționale, nu reprezintă o limită fizică precisă. O legătură cu un caracter ionic de 49 % se comportă doar puțin diferit de una cu 51 %.

Mai multe exemple

De ce contează caracterul ionic

Legăturile cu un caracter ionic mai pronunțat apar de obicei în compuși care se dizolvă în apă, formează solide cristaline dure și conduc electricitatea când sunt topiți sau dizolvați. Legăturile cu un caracter ionic redus apar de obicei în compuși care se amestecă mai degrabă cu uleiuri și cu alte substanțe nepolare. Aceasta este baza regulii „substanțele asemănătoare dizolvă substanțe asemănătoare”: apa, alcătuită din legături O–H polare, dizolvă mult mai bine alte substanțe polare sau ionice decât substanțe nepolare, precum uleiul vegetal.

Istoria formulei

Linus Pauling a publicat prima scară numerică a electronegativității în 1932, în Journal of the American Chemical Society. El a construit scara comparând energiile de legătură măsurate. Formula exponențială de mai sus a apărut ulterior, în cartea sa The Nature of the Chemical Bond, tipărită pentru prima dată în 1939 și revizuită în 1960. Activitatea lui Pauling privind legăturile chimice i-a adus Premiul Nobel pentru Chimie în 1954.

De atunci, alți oameni de știință au propus alte scări ale electronegativității, inclusiv scara lui Robert Mulliken (1934), bazată pe energia de ionizare și afinitatea electronică. Scara lui Pauling rămâne cea mai răspândită în predare și utilizată cel mai frecvent în prezent.

Limitele formulei lui Pauling

Formula lui Pauling este o aproximație. Funcționează bine pentru legături simple și comune, dar are limite cunoscute.

• Utilizează doar electronegativitatea, astfel încât ignoră efecte precum rezonanța (electronii distribuiți pe mai mulți atomi, ca în benzen) și structura moleculară din jur.
• Manuale diferite prezintă valori ușor diferite ale electronegativității pentru același element, ceea ce modifică rezultatul.
• Un rezultat de peste 50 % nu corespunde întotdeauna modului în care chimiștii clasifică o substanță reală. Aplicarea formulei la hidrogen și fluor (2,1 și 4,0) dă Δχ = 1,9 și un caracter ionic de aproximativ 59 %, peste pragul pentru legături ionice. Cu toate acestea, fluorura de hidrogen este descrisă în mod normal ca o moleculă covalentă polară, nu ca un compus ionic, deoarece există sub formă de molecule separate, nu ca o rețea de ioni precum clorura de sodiu. Procentul este o estimare utilă, nu o regulă strictă.

Pentru valori mai precise, chimiștii folosesc metode de calcul, precum teoria funcționalului de densitate, sau tehnici experimentale, precum cristalografia cu raze X și spectroscopia în infraroșu, care măsoară direct distribuția electronilor.

Întrebări frecvente

Ce este caracterul ionic?

Caracterul ionic este procentul estimat din caracterul unei legături chimice care rezultă din atragerea unui electron de către un atom de la celălalt, în loc ca cei doi atomi să îl împartă în mod egal. Acesta variază de la aproape 0 % pentru atomi identici până la puțin sub 100 % pentru atomi cu electronegativități foarte diferite.

Care este formula lui Pauling pentru caracterul ionic?

Caracter ionic (%) = (1 − e^(−0,25 × Δχ²)) × 100, unde Δχ este diferența absolută dintre valorile electronegativității Pauling ale celor doi atomi legați.

De ce nicio legătură nu este ionică în proporție de 100 %?

Formula se apropie de 100 % pe măsură ce Δχ crește, dar nu o atinge niciodată, deoarece tratează transferul de electroni ca pe o probabilitate, nu ca pe un fenomen complet sau absent. Chiar și legăturile cu caracter ionic foarte pronunțat, precum legătura Cs–F din fluorura de cesiu (diferență de electronegativitate de aproximativ 3,2), ajung la aproximativ 92 %, nu la 100 %, deoarece are loc în continuare o anumită punere în comun a electronilor.

Cât de precisă este formula lui Pauling?

Pentru legăturile comune, aceasta corespunde în linii mari rezultatelor obținute prin metode mai avansate, precum chimia computațională și cristalografia cu raze X. Nu ține cont de rezonanță sau de efectele structurii complete a unei molecule, astfel că funcționează cel mai bine ca estimare generală, nu ca măsurătoare exactă.

Este caracterul ionic același lucru cu polaritatea legăturii?

Sunt înrudite, dar nu identice. Polaritatea legăturii descrie separarea sarcinilor într-o legătură, măsurată adesea prin momentul dipolar. Caracterul ionic este o estimare procentuală, derivată doar din electronegativitate, a proporției dintre transferul și punerea în comun a electronilor. O legătură cu un caracter ionic mai pronunțat are de obicei un moment dipolar mai mare.

De unde provin valorile electronegativității?

Ele provin din scara electronegativității Pauling, prezentată în majoritatea manualelor generale de chimie și în tabelele periodice. Valorile de pe această scară variază în general de la aproximativ 0,7 pentru cesiu și franciu până la 4,0 pentru fluor.