ĐỘ ÂM ĐIỆN: QUY MÔ, BIẾN THỂ, CÔNG DỤNG VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2025

Độ âm điện là một tính chất tuần hoàn tương đối liên quan đến khả năng của một nguyên tử để thu hút mật độ electron trong môi trường phân tử của nó. Đó là xu hướng của một nguyên tử để thu hút các electron khi nó được gắn vào một phân tử. Điều này được phản ánh trong hoạt động của nhiều hợp chất và trong cách chúng tương tác giữa các phân tử với nhau.

Không phải tất cả các nguyên tố đều hút electron từ các nguyên tử lân cận với cùng một mức độ. Trong trường hợp của những chất dễ dàng từ bỏ mật độ điện tử, chúng được cho là nhiễm điện, trong khi những chất "phủ" mình bằng các điện tử là âm điện. Có nhiều cách để giải thích và quan sát thuộc tính (hoặc khái niệm) này.

Nguồn: Wikipedia Commons.

Ví dụ, trong bản đồ thế tĩnh điện cho một phân tử (như bản đồ cho clo điôxít trong hình trên, ClO ₂ ), ảnh hưởng của độ âm điện khác nhau được quan sát đối với các nguyên tử clo và oxy.

Màu đỏ cho biết vùng giàu electron của phân tử, δ-, và màu xanh lam cho biết vùng nghèo electron, δ +. Như vậy, sau một loạt các thao tác tính toán có thể thành lập được loại bản đồ này; nhiều trong số chúng cho thấy mối quan hệ trực tiếp giữa vị trí của các nguyên tử độ âm điện và δ-.

Nó cũng có thể được hình dung như sau: trong một phân tử, sự chuyển dịch của các electron có nhiều khả năng xảy ra ở vùng lân cận của các nguyên tử âm điện nhất. Chính vì lý do này mà đối với ClO _2, các nguyên tử oxy (các quả cầu màu đỏ) được bao quanh bởi một đám mây màu đỏ, trong khi nguyên tử clo (quả cầu màu xanh lục) có một đám mây hơi xanh.

Định nghĩa độ âm điện phụ thuộc vào cách tiếp cận được đưa ra cho hiện tượng, có một số thang đo xem xét nó từ các khía cạnh nhất định. Tuy nhiên, tất cả các thang đo đều có điểm chung là chúng được hỗ trợ bởi bản chất bên trong của nguyên tử.

Thang đo độ âm điện

Độ âm điện không phải là tính chất có thể định lượng được, cũng không phải là giá trị tuyệt đối. Tại sao? Bởi vì xu hướng của một nguyên tử để thu hút mật độ electron về phía nó không giống nhau trong tất cả các hợp chất. Nói cách khác: độ âm điện thay đổi tùy theo phân tử.

Nếu đối với phân tử ClO ₂ , nguyên tử Cl được đổi lấy nguyên tử N thì xu hướng hút electron của O cũng thay đổi; nó có thể tăng (làm cho đám mây đỏ hơn) hoặc giảm (mất màu). Sự khác biệt sẽ nằm ở liên kết NO mới được hình thành, do đó có phân tử ONO (nitơ đioxit, NO ₂ ).

Vì độ âm điện của một nguyên tử không giống nhau đối với tất cả các môi trường xung quanh phân tử của nó, nên cần phải xác định nó theo các biến số khác. Bằng cách này, chúng ta có các giá trị dùng làm tham chiếu và cho phép dự đoán, chẳng hạn như loại liên kết được hình thành (ion hoặc cộng hóa trị).

Quy mô Pauling

Nhà khoa học vĩ đại và từng đoạt hai giải Nobel, Linus Pauling, đã đề xuất vào năm 1932 một dạng định lượng (có thể đo được) của độ âm điện được gọi là thang Pauling. Trong đó, độ âm điện của hai nguyên tố A và B tạo thành liên kết có liên quan đến năng lượng phụ liên quan đến đặc tính ion của liên kết AB.

Cái này như thế nào? Về mặt lý thuyết, liên kết cộng hóa trị là bền nhất, vì sự phân bố các electron của chúng giữa hai nguyên tử là bằng nhau; nghĩa là, đối với phân tử AA và BB, cả hai nguyên tử chia sẻ cặp electron của liên kết theo cùng một cách. Tuy nhiên, nếu A có độ âm điện lớn hơn thì cặp đó từ A nhiều hơn so với B.

Trong trường hợp đó, AB không còn cộng hóa trị hoàn toàn nữa, mặc dù nếu độ âm điện của nó không khác nhau nhiều thì có thể nói liên kết của nó có đặc tính cộng hóa trị cao. Khi điều này xảy ra, liên kết trải qua một sự không ổn định nhỏ và nhận thêm năng lượng là sản phẩm của sự chênh lệch độ âm điện giữa A và B.

Sự khác biệt này càng lớn, năng lượng của liên kết AB càng lớn, và do đó, đặc tính ion của liên kết đó càng lớn.

Thang đo này đại diện cho việc sử dụng rộng rãi nhất trong hóa học, và các giá trị độ điện sinh ra từ việc gán giá trị 4 cho nguyên tử flo. Từ đó họ có thể tính toán giá trị của các phần tử khác.

Thang đo Mulliken

Trong khi thang đo Pauling liên quan đến năng lượng liên kết với các liên kết, thì thang đo Robert Mulliken liên quan nhiều hơn đến hai tính chất tuần hoàn khác: năng lượng ion hóa (EI) và ái lực điện tử (AE).

Vì vậy, một nguyên tố có giá trị EI và AE cao thì rất âm điện, và do đó sẽ hút các electron từ môi trường phân tử của nó.

Tại sao? Bởi vì EI phản ánh mức độ khó khăn để “tách” một điện tử bên ngoài khỏi nó và AE độ bền của anion được hình thành trong pha khí như thế nào. Nếu cả hai tính chất đều có độ lớn cao, thì nguyên tố là "người yêu" của electron.

Độ điện của Mulliken được tính theo công thức sau:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Tức là, χ _M bằng giá trị trung bình của EI và AE.

Tuy nhiên, không giống như thang đo Pauling phụ thuộc vào việc các nguyên tử hình thành liên kết, nó liên quan đến các đặc tính của trạng thái hóa trị (với các cấu hình điện tử ổn định nhất của nó).

Cả hai thang đo đều tạo ra các giá trị độ âm điện tương tự cho các nguyên tố và có liên quan gần đúng đến việc chuyển đổi lại sau:

Χ _P = 1,35 (Χ _M ) ^1/2 - 1,37

Cả X _M và X _P đều là giá trị không thứ nguyên; nghĩa là chúng thiếu đơn vị.

Thang điểm AL Allred và E. Rochow

Có những thang đo độ âm điện khác, chẳng hạn như thang Sanderson và Allen. Tuy nhiên, thang đo theo sau hai phương pháp đầu tiên là thang đo Allred và Rochow (χ _AR ). Lần này nó dựa trên điện tích hạt nhân hiệu dụng mà một electron trải qua trên bề mặt nguyên tử. Do đó, nó liên quan trực tiếp đến lực hút của lõi và hiệu ứng màn hình.

Độ âm điện thay đổi như thế nào trong bảng tuần hoàn?

Nguồn: Bartux tại nl.wikipedia.

Bất kể thang đo hoặc giá trị bạn có, độ âm điện tăng từ phải sang trái trong một khoảng thời gian và từ dưới lên trên theo nhóm. Do đó, nó tăng theo đường chéo phía trên bên phải (không tính heli) cho đến khi gặp flo.

Trong hình trên, bạn có thể thấy những gì vừa được nói. Trong bảng tuần hoàn, độ ẩm điện của Pauling được biểu thị dưới dạng hàm số của màu sắc của các ô. Vì flo có độ âm điện cao nhất, nên nó có màu tím nổi bật hơn, trong khi màu sắc tối hơn (hoặc nhiễm điện âm) ít nhất.

Tương tự như vậy, có thể quan sát thấy rằng phần đầu của các nhóm (H, Be, B, C, v.v.) có màu sáng hơn và khi một phần tử đi xuống qua nhóm, các phần tử khác sẽ tối đi. Về việc này là gì? Câu trả lời một lần nữa là ở các tính chất EI, AE, Zef (điện tích hạt nhân hiệu dụng) và bán kính nguyên tử.

Nguyên tử trong phân tử

Các nguyên tử riêng lẻ có điện tích hạt nhân thực Z và các electron bên ngoài chịu điện tích hạt nhân hiệu dụng do tác dụng che chắn.

Khi nó di chuyển trong một khoảng thời gian, Zef tăng lên theo cách mà nguyên tử co lại; nghĩa là, bán kính nguyên tử giảm dần trong một khoảng thời gian.

Điều này dẫn đến hậu quả là tại thời điểm liên kết nguyên tử này với nguyên tử khác, các điện tử sẽ "chảy" về phía nguyên tử có Zef cao nhất. Ngoài ra, điều này mang lại một đặc tính ion cho liên kết nếu có xu hướng rõ rệt cho các electron đi về phía nguyên tử. Khi trường hợp này không xảy ra, thì chúng ta nói về một liên kết chủ yếu là cộng hóa trị.

Vì lý do này, độ âm điện thay đổi theo bán kính nguyên tử, Zef, lần lượt có liên quan chặt chẽ với EI và AE. Mọi thứ đều là một dây chuyền.

Nó dùng để làm gì?

Độ âm điện là gì? Về nguyên tắc để xác định xem một hợp chất nhị phân là cộng hóa trị hay ion. Khi sự khác biệt về độ âm điện rất lớn (với tốc độ 1,7 đơn vị trở lên) thì hợp chất được cho là ion. Nó cũng hữu ích để xác định cấu trúc mà các vùng có thể sẽ giàu electron hơn.

Từ đây, có thể dự đoán cơ chế hoặc phản ứng mà hợp chất có thể trải qua. Trong các vùng nghèo electron, δ +, các loài mang điện tích âm có thể hoạt động theo một cách nhất định; và trong các vùng giàu electron, nguyên tử của chúng có thể tương tác theo những cách rất cụ thể với các phân tử khác (tương tác lưỡng cực-lưỡng cực).

Ví dụ (clo, oxy, natri, flo)

Các giá trị độ âm điện của nguyên tử clo, oxi, natri và flo là? Sau flo, chất nào có độ âm điện lớn nhất? Sử dụng bảng tuần hoàn, người ta quan sát thấy natri có màu tím sẫm, trong khi màu của oxi và clo nhìn bằng mắt thường rất giống nhau.

Các giá trị độ âm điện của nó đối với thang đo Pauling, Mulliken và Allred-Rochow là:

Na (0,93, 1,21, 1,01).

Hoặc (3,44, 3,22, 3,50).

Cl (3,16, 3,54, 2,83).

F (3,98, 4,43, 4,10).

Lưu ý rằng với các giá trị số, quan sát thấy sự khác biệt giữa độ âm của oxy và clo.

Theo thang Mulliken, clo có độ âm điện lớn hơn oxy, trái với thang Pauling và Allred-Rochow. Sự khác biệt về độ âm điện giữa hai nguyên tố thậm chí còn rõ ràng hơn khi sử dụng thang đo Allred-Rochow. Và cuối cùng, flo không phụ thuộc vào thang đo được chọn là chất có độ âm điện cao nhất.

Do đó, nếu có nguyên tử F trong phân tử thì nghĩa là liên kết đó sẽ có tính ion cao.

Người giới thiệu

1. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. (Tái bản lần thứ tư., Trang 30 và 44). Đồi Mc Graw.
2. Jim Clark. (2000). Độ âm điện. Lấy từ: chemguide.co.uk
3. Tiến sĩ Anne Marie Helmenstine (Ngày 11 tháng 12 năm 2017). Độ âm điện Định nghĩa và các ví dụ. Lấy từ: thinkco.com
4. Mark E. Tuckerman. (Ngày 5 tháng 11 năm 2011). Thang độ âm điện. Lấy từ: nyu.edu
5. Wikipedia. (2018). Độ âm điện. Lấy từ: es.wikipedia.org