Калькулятор электроотрицательности - мгновенные значения шкалы Полинга

Калькулятор электроотрицательности

Калькулятор электроотрицательности показывает значение электроотрицательности химического элемента по шкале Полинга. Электроотрицательность — это мера того, насколько сильно атом притягивает к себе общие электроны при образовании связи с другим атомом. Этот инструмент охватывает все 118 элементов: введите название или символ, и он покажет символ, название и значение элемента по шкале Полинга на простой визуальной шкале.

Что такое электроотрицательность?

Когда два атома образуют связь, они совместно используют пару электронов. Электроотрицательность показывает, насколько неравномерно распределяется эта пара. Атом с высокой электроотрицательностью сильнее притягивает общие электроны к себе. Атом с низкой электроотрицательностью удерживает их слабее.

Такое неравномерное распределение называется полярностью связи. Она влияет на несколько свойств:

• Прочность и длина связи
• Полярность молекулы — растворяется ли вещество в воде или масле
• Реакционная способность — какие реакции вероятны
• Физические свойства — температура кипения, температура плавления, растворимость

Шкала Полинга

Наиболее распространённая шкала электроотрицательности была создана химиком Лайнусом Полингом в 1932 году. Она простирается примерно от 0,7 до 4,0. В данных этого инструмента фтор имеет наибольшее значение — 3,98, а франций — наименьшее, 0,70.

Полинг рассчитал шкалу на основе измеренных энергий связей, а не прямого физического измерения. Исходное уравнение имеет вид:

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

Здесь $\chi_A$ и $\chi_B$ — электроотрицательности атомов A и B, $E_{AB}$ — энергия связи A–B (в кДж/моль), а $E_{AA}$ и $E_{BB}$ — энергии связей A–A и B–B. Идея такова: если связь A–B прочнее среднего значения для связей A–A и B–B, дополнительная прочность обусловлена неравномерным распределением электронов, а её величина показывает разность электроотрицательностей.

Этот калькулятор не выполняет это уравнение. Он хранит таблицу уже опубликованных значений по шкале Полинга и при каждом поиске находит нужное значение, как в печатной справочной таблице.

Как рассчитать разность электроотрицательностей и определить тип связи

Чтобы оценить, какая связь образуется между двумя элементами, найдите значение каждого элемента в калькуляторе, затем вычтите меньшее число из большего. Результат обычно относят к одному из трёх диапазонов:

Эти пороговые значения — широко распространённое эмпирическое правило, а не строгий закон. Реальные связи образуют непрерывный спектр, и некоторые связи, близкие к границе, обладают смешанным характером.

Пример расчёта. Чтобы проверить связь H–Cl, найдите в калькуляторе «H» и запишите её значение: 2,20. Затем найдите «Cl» и запишите его значение: 3,16. Вычтите: 3,16 − 2,20 = 0,96. Поскольку 0,96 находится между 0,4 и 1,7, связь H–Cl является полярной ковалентной.

Тенденции изменения электроотрицательности в периодической таблице

Для большей части периодической таблицы характерны две закономерности:

• В периоде (слева направо) электроотрицательность возрастает. Число протонов в атомах увеличивается, а внешний электронный слой остаётся тем же, поэтому ядро сильнее притягивает общие электроны.
• В группе (сверху вниз) электроотрицательность уменьшается. В каждом следующем периоде внешние электроны находятся дальше от ядра, что ослабляет притяжение, несмотря на увеличение числа протонов.

Фтор, расположенный в верхней правой части таблицы, имеет наибольшее значение. Франций в нижней левой части имеет наименьшее.

У большинства металлов значение ниже 2,0, а у большинства неметаллов — выше, но это лишь общая тенденция, а не правило: некоторые переходные металлы имеют более высокие значения, включая золото (2,54), платину (2,28) и родий (2,28).

Как пользоваться этим калькулятором

1. Введите в поле поиска название элемента (например, «Oxygen») или его символ (например, «O»).
2. В результате отображаются символ и название элемента, его значение по шкале Полинга, а также маркер на визуальной шкале от низкого значения к высокому.
3. Выберите «Copy», чтобы скопировать числовое значение.

Поиск работает по части текста («Oxy» находит Oxygen) и не учитывает регистр («oxygen» и «OXYGEN» дают один и тот же результат). Все данные хранятся непосредственно на странице, поэтому после её загрузки поиск продолжает работать без подключения к интернету.

Элементы без указанного значения

Для двадцати элементов этот калькулятор показывает «Not Available» вместо числа. Четыре из них — благородные газы: гелий, неон, аргон и радон. Эти газы редко образуют связи, поскольку их внешние электронные оболочки уже заполнены. Криптон и ксенон образуют небольшое число реальных соединений, поэтому для них указаны значения: 3,00 и 2,60.

Остальные шестнадцать — тяжёлые искусственные элементы, начиная с лоуренсия (элемент 103) и заканчивая оганессоном (элемент 118). Они существуют лишь очень короткое время и образуются в лабораториях в столь малых количествах, что измерить энергии связей невозможно, поэтому надёжные значения электроотрицательности для них не опубликованы.

Несколько актинидов, от америция до нобелия, имеют в опубликованных справочных таблицах одно и то же оценочное значение — 1,30. Это условное значение, основанное на химическом сходстве, а не отдельно измеренная величина для каждого элемента.

История шкалы Полинга

Химики заметили неравномерное притяжение электронов задолго до появления соответствующего термина. В 1811 году Йёнс Якоб Берцелиус предположил, что атомы несут заряды, влияющие на их соединение. Эти ранние идеи описывали явление, но не измеряли его.

Лайнус Полинг придал этой идее численное выражение в своей статье 1932 года «Природа химической связи», выведя значения из измеренных энергий связей. Эта работа способствовала присуждению ему 1954 Нобелевской премии по химии.

Позднее химики предложили другие шкалы: шкалу Роберта Малликена 1934 года, основанную на энергии ионизации и сродстве к электрону; шкалу Олреда—Рохова 1958 года, основанную на заряде ядра и атомном размере; и шкалу Ленда Аллена 1989 года, основанную на спектроскопических данных. Исходная шкала Полинга остаётся наиболее широко преподаваемой и цитируемой.

Часто задаваемые вопросы

Для чего используется калькулятор электроотрицательности? Он предоставляет быстрый справочный доступ к значению электроотрицательности элемента по шкале Полинга без необходимости пользоваться печатной периодической таблицей. Им пользуются при выполнении домашних заданий, подготовке лабораторных отчётов и для общего справочного поиска по химии.

Как рассчитать разность электроотрицательностей? Найдите значение каждого элемента, затем вычтите меньшее число из большего. Для H и Cl: 3,16 − 2,20 = 0,96.

Какой элемент имеет наибольшую электроотрицательность? Фтор: его значение 3,98 по шкале Полинга является наибольшим в данных этого калькулятора.

Какой элемент имеет наименьшую электроотрицательность? Франций: его значение около 0,70 является наименьшим в данных этого калькулятора.

Почему для благородных газов не указаны значения электроотрицательности? Большинство благородных газов (гелий, неон, аргон, радон) редко образуют связи, поэтому для них не было измерено содержательное значение. Криптон и ксенон являются исключениями: они образуют небольшое число известных соединений, поэтому для них в этом калькуляторе указаны значения.

В чём разница между электроотрицательностью и сродством к электрону? Электроотрицательность описывает, насколько сильно атом, уже связанный с другим атомом, притягивает электроны; она не имеет единиц измерения и определяется относительно других элементов. Сродство к электрону — это энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к отдельному несвязанному атому; её измеряют в кДж/моль или эВ. Эти величины коррелируют, но не являются одним и тем же.

Насколько точны эти значения? Значения взяты из часто публикуемых таблиц шкалы Полинга. В разных справочных источниках они иногда отличаются на несколько сотых, что отражает различия в измерениях или методах расчёта. Для учебных и общих лабораторных целей эта вариация редко имеет значение.

Источники

1. Паулинг, Л. (1932). «The Nature of the Chemical Bond. IV.» Journal of the American Chemical Society, 54(9), 3570–3582.
2. Малликен, Р. С. (1934). «A New Electroaffinity Scale.» The Journal of Chemical Physics, 2(11), 782–793.
3. Олред, А. Л. и Рохов, Э. Г. (1958). «A scale of electronegativity based on electrostatic force.» Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 5(4), 264–268.
4. IUPAC. Периодическая таблица элементов.