Máy Tính Độ Âm Điện

Máy tính độ âm điện tra cứu giá trị độ âm điện của một nguyên tố hóa học theo thang Pauling. Độ âm điện là thước đo mức độ một nguyên tử hút các electron dùng chung về phía mình khi liên kết với nguyên tử khác. Công cụ này bao quát tất cả 118 nguyên tố: nhập tên hoặc ký hiệu, công cụ sẽ hiển thị ký hiệu, tên và giá trị theo thang Pauling của nguyên tố trên một thang trực quan đơn giản.

Độ âm điện là gì?

Khi hai nguyên tử tạo liên kết, chúng dùng chung một cặp electron. Độ âm điện mô tả mức độ không đồng đều của sự dùng chung đó. Nguyên tử có độ âm điện cao hút các electron dùng chung lại gần mình hơn. Nguyên tử có độ âm điện thấp giữ chúng lỏng lẻo hơn.

Sự dùng chung không đồng đều này được gọi là tính phân cực của liên kết. Nó ảnh hưởng đến một số yếu tố:

Độ bền và độ dài liên kết
Tính phân cực phân tử — một chất tan trong nước hay trong dầu
Độ phản ứng — những phản ứng nào có khả năng xảy ra
Tính chất vật lý — nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, độ tan

Thang Pauling

Thang độ âm điện phổ biến nhất được nhà hóa học Linus Pauling xây dựng vào năm 1932. Thang này trải dài từ khoảng 0,7 đến 4,0. Trong dữ liệu của công cụ này, flo có giá trị cao nhất là 3,98, còn franxi có giá trị thấp nhất là 0,70.

Pauling tính toán thang này từ năng lượng liên kết đo được, chứ không dựa trên phép đo vật lý trực tiếp. Phương trình ban đầu là:

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

Ở đây, $\chi_A$ và $\chi_B$ là độ âm điện của các nguyên tử A và B, $E_{AB}$ là năng lượng liên kết của liên kết A–B (tính bằng kJ/mol), còn $E_{AA}$ và $E_{BB}$ là năng lượng liên kết của các liên kết A–A và B–B. Ý tưởng là: nếu liên kết A–B bền hơn giá trị trung bình của A–A và B–B, phần độ bền tăng thêm là do sự dùng chung electron không đồng đều; độ lớn của phần tăng thêm đó cho biết độ chênh lệch độ âm điện.

Máy tính này không thực hiện phương trình đó. Nó lưu một bảng các giá trị Pauling đã được công bố và tra cứu từng giá trị theo mỗi lần tìm kiếm, giống như một bảng tra cứu in trên giấy.

Cách tính độ chênh lệch độ âm điện và loại liên kết

Để ước tính loại liên kết hình thành giữa hai nguyên tố, hãy tra cứu giá trị của từng nguyên tố bằng máy tính, sau đó lấy số lớn hơn trừ số nhỏ hơn. Kết quả thường được chia thành ba khoảng:

Độ chênh lệch	Loại liên kết	Ví dụ
Nhỏ hơn 0,4	Liên kết cộng hóa trị không phân cực	C–H: 2,55 − 2,20 = 0,35
Từ 0,4 đến 1,7	Liên kết cộng hóa trị phân cực	H–Cl: 3,16 − 2,20 = 0,96
Lớn hơn 1,7	Liên kết ion	Na–Cl: 3,16 − 0,93 = 2,23

Các ngưỡng này là quy tắc ước lượng được giảng dạy rộng rãi, không phải định luật chặt chẽ. Liên kết thực tế trải dài trên một phổ liên tục, và một số liên kết gần ranh giới có tính chất hỗn hợp.

Ví dụ minh họa. Để kiểm tra liên kết H–Cl, tìm "H" trong máy tính và ghi lại giá trị 2,20. Sau đó tìm "Cl" và ghi lại giá trị 3,16. Thực hiện phép trừ: 3,16 − 2,20 = 0,96. Vì 0,96 nằm giữa 0,4 và 1,7, liên kết H–Cl là liên kết cộng hóa trị phân cực.

Xu hướng độ âm điện trong bảng tuần hoàn

Hai quy luật bao quát phần lớn bảng tuần hoàn:

Trong một chu kỳ (từ trái sang phải), độ âm điện tăng. Các nguyên tử tăng số proton nhưng vẫn giữ cùng lớp electron ngoài cùng, vì vậy hạt nhân hút các electron dùng chung mạnh hơn.
Trong một nhóm (từ trên xuống dưới), độ âm điện giảm. Ở mỗi hàng tiếp theo, các electron ngoài cùng nằm xa hạt nhân hơn, làm lực hút yếu đi dù số proton tăng.

Flo, nằm ở góc trên bên phải của bảng, có giá trị cao nhất. Franxi, nằm ở góc dưới bên trái, có giá trị thấp nhất.

Hầu hết kim loại có giá trị dưới 2,0, còn hầu hết phi kim có giá trị trên mức này, nhưng đây chỉ là xu hướng gần đúng chứ không phải quy tắc: một số kim loại chuyển tiếp có giá trị cao hơn, gồm vàng (2,54), platin (2,28) và rhodi (2,28).

Cách sử dụng công cụ tính này

Nhập tên nguyên tố (chẳng hạn "Oxygen") hoặc ký hiệu (chẳng hạn "O") vào trường nhập liệu.
Kết quả hiển thị ký hiệu, tên và giá trị theo thang Pauling của nguyên tố, cùng một điểm đánh dấu trên thang trực quan từ thấp đến cao.
Chọn "Copy" để sao chép giá trị số.

Tìm kiếm vẫn hoạt động với văn bản không đầy đủ ("Oxy" tìm thấy Oxygen) và không phân biệt chữ hoa chữ thường ("oxygen" và "OXYGEN" đều hoạt động). Tất cả dữ liệu được lưu ngay trong trang, nên sau khi trang đã tải xong, việc tra cứu vẫn hoạt động mà không cần kết nối internet.

Các nguyên tố không có giá trị được liệt kê

Hai mươi nguyên tố trong máy tính này hiển thị "Not Available" thay vì một con số. Bốn trong số đó là khí hiếm: heli, neon, argon và radon. Những khí này hiếm khi tạo liên kết vì các lớp electron ngoài cùng của chúng đã đầy. Krypton và xenon có tạo một số ít hợp chất thực tế, đồng thời có các giá trị được liệt kê là 3,00 và 2,60.

Mười sáu nguyên tố còn lại là các nguyên tố nặng do con người tạo ra, bắt đầu từ lawrenci (nguyên tố 103) đến oganesson (nguyên tố 118). Chúng chỉ tồn tại trong thời gian ngắn ở phòng thí nghiệm, với lượng quá nhỏ để đo năng lượng liên kết, nên chưa có giá trị độ âm điện đáng tin cậy nào được công bố cho chúng.

Một số nguyên tố actini, từ americi đến nobeli, có cùng giá trị ước tính là 1,30 trong các bảng tra cứu đã công bố. Đây là giá trị thay thế dựa trên sự tương đồng hóa học, không phải con số được đo riêng cho từng nguyên tố.

Lịch sử của thang Pauling

Các nhà hóa học đã nhận thấy sự khác biệt trong khả năng hút electron từ rất lâu trước khi hiện tượng này có tên gọi. Vào năm 1811, Jöns Jacob Berzelius đề xuất rằng các nguyên tử mang điện tích, ảnh hưởng đến cách chúng kết hợp. Những quan niệm ban đầu này mô tả ảnh hưởng đó nhưng không đo lường nó.

Linus Pauling đã đưa ra một giá trị số cho ý tưởng này trong bài báo năm 1932 có tên "The Nature of the Chemical Bond", bằng cách suy ra các giá trị từ năng lượng liên kết đo được. Công trình này góp phần giúp ông nhận giải Nobel Hóa học năm 1954.

Các nhà hóa học sau đó đề xuất những thang đo khác: thang của Robert Mulliken năm 1934, dựa trên năng lượng ion hóa và ái lực electron; thang Allred–Rochow năm 1958, dựa trên điện tích hạt nhân và kích thước nguyên tử; và thang của Leland Allen năm 1989, dựa trên dữ liệu quang phổ. Thang ban đầu của Pauling vẫn là thang được giảng dạy và trích dẫn rộng rãi nhất.

Các câu hỏi thường gặp

Máy tính độ âm điện được dùng để làm gì? Công cụ này cung cấp một cách tra cứu nhanh giá trị độ âm điện theo thang Pauling của một nguyên tố mà không cần bảng tuần hoàn in trên giấy. Người dùng sử dụng nó cho bài tập, báo cáo thí nghiệm và việc tra cứu hóa học đại cương.

Làm thế nào để tính độ chênh lệch độ âm điện? Tra cứu giá trị của từng nguyên tố, sau đó lấy số lớn hơn trừ số nhỏ hơn. Với H và Cl, 3,16 − 2,20 = 0,96.

Nguyên tố nào có độ âm điện cao nhất? Flo, với giá trị 3,98 trên thang Pauling, là nguyên tố có giá trị cao nhất trong dữ liệu của máy tính này.

Nguyên tố nào có độ âm điện thấp nhất? Franxi, với giá trị khoảng 0,70, là nguyên tố có giá trị thấp nhất trong dữ liệu của máy tính này.

Tại sao khí hiếm không có giá trị độ âm điện? Hầu hết khí hiếm (heli, neon, argon, radon) hiếm khi tạo liên kết, nên chưa có giá trị có ý nghĩa nào được đo cho chúng. Krypton và xenon là ngoại lệ: chúng tạo một số ít hợp chất đã biết, nên có các giá trị được liệt kê trong máy tính này.

Độ âm điện khác ái lực electron như thế nào? Độ âm điện mô tả mức độ một nguyên tử hút electron khi đang liên kết với nguyên tử khác; đại lượng này không có đơn vị và được xác định tương đối so với các nguyên tố khác. Ái lực electron là năng lượng giải phóng khi một nguyên tử riêng biệt, chưa liên kết, nhận thêm một electron, được đo bằng kJ/mol hoặc eV. Hai đại lượng có tương quan nhưng không giống nhau.

Độ chính xác của các giá trị này là bao nhiêu? Các giá trị được lấy từ những bảng thang Pauling thường được công bố. Các nguồn tra cứu khác nhau đôi khi chênh lệch vài phần trăm đơn vị, phản ánh sự khác nhau trong phép đo hoặc phương pháp tính. Đối với bài học và việc sử dụng trong phòng thí nghiệm nói chung, sự khác biệt này hiếm khi đáng kể.

Tài liệu tham khảo

Pauling, L. (1932). "The Nature of the Chemical Bond. IV." Journal of the American Chemical Society, 54(9), 3570–3582.
Mulliken, R. S. (1934). "A New Electroaffinity Scale." The Journal of Chemical Physics, 2(11), 782–793.
Allred, A. L., & Rochow, E. G. (1958). "A scale of electronegativity based on electrostatic force." Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 5(4), 264–268.
IUPAC. Bảng tuần hoàn các nguyên tố.

Máy Tính Độ Âm Điện - Giá Trị Thang Pauling Ngay Lập Tức

Máy Tính Nhanh Độ Âm Điện

Tài liệu hướng dẫn