تعاریف مختلف الکترونگاتیویته

الکترونگاتیویته ، در روشهای متفاوتی تعریف شده است که برخی از آنها به اختصار توضیح داده می‌شود.

الکترونگاتیویته پاولینگ

انرژی اضافی پیوند A-B نسبت به متوسط انرژی پیوندهای A-A و B-B می‌تواند به حضور سهم یونی در پیوند کوالانسی نسبت داده شود. اگر انرژی پیوند A-B بطور قابل ملاحظه ای از متوسط پیوندهای غیر قطبی A-A و B-B متفاوت باشد، می‌توان فرض کرد که سهم یونی در تابع موج و بنابراین اختلاف بزرگ در الکترونگاتیوی وجود دارد.

الکترونگاتیویته مولیکن

مولیکن تعریف خود را بر پایه داده‌های طیف‌های اتمی نهاد. او فرض کرد که توزیع دوباره الکترون در طی تشکیل تر کیب به گونه‌ای است که در آن یک اتم به کاتیون (توسط ار دست دادن الکترون) و اتم دیگر به آنیون (توسط گرفتن الکترون) تبدیل می‌شود.

اگر یک اتم دارای انرژی یونیزاسیون بالا و الکترون‌خواهی بالا باشد، احتمالا در هنگام تشکیل پیوند ، الکترونها را به سوی خود می‌کشد. بنابراین بعنوان الکترونگاتیو شناخته می‌شود. از طرف دیگر اگر انرژی یونش و الکترون‌خواهی آن ، هر دو کوچک باشد تمایل دارد تا الکترون از دست بدهد. بنابراین به عنوان الکترو پوزیتیو طبقه بندی می‌شود.

این مشاهدات تعریف مولیکن را به عنوان مقدار متوسط انرژی یونش و الکترون‌خواهی عنصر معرفی می‌کند.

تغییرات الکترونگاتیویته عناصر

الکترونگاتیویته عناصر با افزایش تعداد الکترون‌های والانس و همچنین کاهش اندازه اتم افزایش می‌یابد و در هر دوره از جدول تناوبی از چپ به راست و در هر گروه از پایین به بالا افزایش می‌یابد. فلزات ، جاذبه کمی برای الکترون‌های والانس دارند و الکترونگاتیوی آنها حاکم است، ولی نافلزات ، به استثنای گازهای نجیب ، جاذبه قوی برای این‌گونه الکترون‌ها دارند و الکترونگاتیوی آنها زیاد است.

بطور کلی ، الکترونگاتیوی عناصر در هر دوره از چپ به راست (با افزایش تعداد الکترونهای والانس) و در هر گروه از پایین به بالا (با کاهش اندازه اتم) افزایش می‌یابد. بنابراین ، الکترونگاتیوترین عناصر ، در گوشه بالایی سمت راست جدول تناوبی (بدون در نظر گرفتن گازهای نجیب) و عناصری که کمترین الکترونگاتیوی را دارند، در گوشه پایینی سمت چپ این جدول قرار دارند. این سیر تغییرات ، با سیر تغییرات پتانسیل یونش و الکترون‌خواهی عناصر در جدول تناوبی هم‌جهت است.

مفهوم الکترونگاتیوی

مفهوم الکترونگاتیوی گرچه مفید است، ولی دقیق نیست. روشی ساده و مستقم برای اندازه گیری خاصیت الکترونگاتیویته وجود ندارد و روشهای گوناگون برای اندازه گیری آن پیشنهاد شده است. در واقع چون این خاصیت علاوه بر ساختمان اتم مورد نظر به تعداد و ماهیت اتمهای متصل به آن نیز بستگی دارد، الکترونگاتیوی یک اتم نامتغیر نیست.

انتظار می‌رود که الکترونگاتیوی فسفر در PCl₃ با الکترونگاتیوی آن در PCl₅ تفاوت داشته باشد. از اینرو ، این مفهوم را تنها بایستی نیمه‌کمی تلقی کرد. بنابراین می‌توان گفت که قطبی بودن مولکول HCl ناشی از اختلاف بین الکترونگاتیوی کلر و هیدروژن است چون کلر الکترونگاتیوتر از هیدروژن است، آن سر مولکول که به کلر منتهی می‌شود، سر منفی دو قطبی است.

توجیه پیوند یونی با خاصیت الکترونگاتیویته

پیوند یونی بین غیرفلزات وقتی تشکیل می‌شود که اختلاف الکترونگاتیوی آنها خیلی زیاد نباشد. در اینگونه موارد، اختلاف الکترونگاتیوی عناصر نشان دهنده میزان قطبی بودن پیوندهای کووالانسی است. اگر اختلاف الکترونگاتیوی صفر یا خیلی کوچک باشد، می‌توان گفت که پیوند اساسا غیر قطبی است و اتمهای مربوط ، سهم مساوی یا تقریبا مساوی در الکترونهای پیوند دارند.

هر چقدر اختلاف الکترونگاتیوی بیشتر باشد پیوند کووالانسی قطبی‌تر خوهد بود (پیوند در جهت اتم الکترونگاتیوتر قطبی می‌شود). بنابراین با توجه به مقادیر الکترونگاتیوی می‌توان پیشگویی کرد که HF قطبی‌ترین هیدروژن هالیدها است و انرژی پیوندی آن بیشتر از هر یک از این ترکیبات است. البته نوع پیوندی که بین دو فلز تشکیل می‌شود، پیوند فلزی و در آن اختلاف الکترونگاتیوی نسبتا کم است.

کاربردهای الکترونگاتیویته

• می‌توان برای تعیین میزان واکنش پذیری فلزات و غیر فلزات بکار برد.
  
  
• می‌توان برای پیش‌بینی خصلت پیوندهای یک ترکیب بکار برد. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر بیشتر باشد، پیوند بین آنها قطبی‌تر خواهد بود. هرگاه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر در حدود 1.7 باشد، خصلت یونی نسبی پیوند بیش از 50% است.
  
  
• اگر اختلاف الکترونگاتیوی صفر و یا خیلی کوچک باشد، پیوند غیر قطبی است. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی بیشتر باشد، پیوند کووالانسی قطبی‌تر خواهد بود. در این پیوندها ، اتمی که الکترونگاتیوی بیشتری دارد، بار منفی جزئی را خواهد داشت.
  
  
• با استفاده از مقادیر الکترونگاتیوی می‌توان نوع پیوندی را که یک ترکیب ممکن است داشته باشد، پیش‌بینی کرد. وقتی دو عنصر با اختلاف الکترونگاتیوی زیاد با یکدیگر ترکیب می شوند، یک ترکیب یونی حاصل می‌شود. مثلا اختلاف الکترونگاتیوی سدیم و کلر 2.1 است و NaCl یک ترکیب یونی است.

آیا الکترونگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت است؟

مفهوم الکترونگاتیوی غیر دقیق است. زیرا این خاصیت نه تنها به ساختمان اتم مورد بحث بستگی دارد، بلکه تعداد و ماهیت اتم‌های دیگری که به اتم مزبور پیوند داده شده‌اند نیز در آن دخالت دارد. بنابراین الکترونگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت نیست مثلا الکترونگاتیوی فسفر در ترکیب (PCl₃) متفاوت از الکترونگاتیوی آن در ترکیب (PCl₅) است.

الکترون خواهی یا آفینیته مربوط به فرآیندی است که در آن ، از اتم خنثی یک یون منفی (از طریق بدست آوردن الکترون) بوجود می‌آید. در حالیکه انرژی یونش مربوط به فرآیند تولید یک یون مثبت از اتم خنثی بسبب از دست دادن الکترون است.

علامت قراردادی الکترون خواهی

در فرآیند الکترون خواهی معمولا (ولی نه همیشه) انرژی آزاد می‌شود. اولین الکترون خواهی بیشتر عناصر ، علامت منفی دارد. بعنوان مثال ، الکترون خواهی فلوئور برابر است با 328Kj/mol- = اولین الکترون خواهی و اما برای برخی عناصر مقدار آن مثبت است. مثلا برای نئون عبارت است از 29Kj/mol = اولین الکترون خواهی. علامت مثبت برای الکترون خواهی نشانه آن است که برای تحمیل یک الکترون به اتم مربوط باید کار انجام شود، (یعنی سیستم انرژی جذب کند) تا اتم مورد نظر قادر به جذب الکترون اضافی شود.

علت آزاد شدن انرژی یا جذب انرژی توسط اتم در الکترون خواهی

الکترونی که به اتم خنثی نزدیک می‌شود، از سوی هسته مثبت اتم جذب می‌شود. اما از سوی الکترونهای منفی آن دفع می‌گردد. اگر جاذبه بیش از دافعه باشد، وقتی یون منفی بوجود می‌آید، انرژی آزاد می‌شود. برعکس اگر دافعه بیش از جاذبه باشد، برای تشکیل یون منفی باید به سیستم انرژی داده شود.

تغییرات الکترون خواهی در یک تناوب از جدول تناوبی

قاعدتا یک اتم کوچک باید تمایل بیشتری برای بدست آوردن الکترون از خود نشان دهد تا یک اتم بزرگ، زیرا الکترون افزوده شده به یک اتم کوچک ، بطور متوسط به هسته مثبت نزدیکتر خواهد بود. با توجه به اینکه شعاع اتمی عناصر از یک تناوب از چپ به راست کوچکتر و بار مثبت هسته در همان جهت افزایش می‌یابد، باید انتظار داشت که الکترون خواهی عناصر مربوط ، از چپ به راست در یک تناوب ، مقادیر منفی بیشتری نشان دهد.

موارد استثنایی

مواردی که عناصر از تعمیم بالا تبعیت نمی‌کنند، باید مورد توجه قرار گیرند. مثلا در دوره دوم مقدار الکترون خواهی بریلیوم (دارای پوسته فرعی 2s پر شده) ، نیتروژن (دارای پوسته فرعی 2p نیمه پر شده ) و نئون (با تمام پوسته‌های فرعی پر شده) از قاعده بالا پیروی نمی‌کنند. این عناصر ،آرایش الکترونی نسبتا پایدار دارند و به آسانی الکترون اضافی نمی‌پذیرند.

موارد استثنایی همانند را می‌توان در مورد عناصر مشابه به دوره‌های دیگر نیز مشاهده کرد. در هر دوره ، بیشترین تمایل پذیرش الکترون (الکترون خواهی بزرگتر با علامت منفی) در عنصر عضو گروه VIIIA دیده می‌شود. آرایش الکترونی همه اینها از آرایش گاز نجیب یک الکترون کم دارد.

تغییرات الکترون خواهی در یک گروه از جدول تناوبی

در این مورد ، برای تمام گروهها ، نمی‌توان الگوی واحد پیدا کرد. در مورد عناصر گروه VIIIA الکترون خواهی فلوئور ظاهراً غیر عادی است.حجم اتم فلوئور از بقیه عناصر گروه کوچکتر است و می‌توان انتظار داشت که بر اثر جذب الکترون ، بیشترین انرژی را آزاد کند. اما در حالی‌که الکترون افزوده شده به اتم کوچک بشدت توسط هسته ، جذب می‌شود. به همان ترتیب نیز از سوی بقیه الکترونهای موجود در اتم بشدت دفع می‌شود.

زیرا هرچه حجم کوچکتر باشد، چگالی بار الکترونهای والانس نیز بیشتر خواهد بود. اعتقاد بر این است که در اتم فلوئور این اثر دافعه اثر جاذبه قوی ناشی از کوچکی اتم را تا حدی خنثی می‌کند.

دومین الکترون خواهی

این فرآیند ، فرآیندی است که در آن یک الکترون به یک یون منفی افزوده می‌شود. برای نمونه در مورد اکسیژن برابر است با 845Kj/mol+ =دومین الکترون خواهی. از آنجا که یک یون منفی و یک الکترون یکدیگر را دفع می‌کنند، در فرآیند افزودن یک الکترون به یک یون منفی نه‌تنها انرژی آزاد نمی‌شود بلکه انجام فرآیند انرژی گیر است و دومین الکترون خواهی تمامی عناصر ، مقدار مثبت دارد.

انرژی تبادل شده در فرآیند تولید یون

انرژی تبادل شده در فرآیند تولید یونی که دو یا چند بار منفی دارد، حاصل جمع جبری تمام الکترون خواهی مربوط است. این حاصل جمع برای تمام یونهای دارای چند بار منفی همیشه مثبت و فرآیند انرژی گیر است.