Energia jonizacji, powinowactwo
elektronowe, elektroujemność
Energia jonizacji, powinowactwo
elektronowe, elektroujemność
Energia jonizacji atomu
• Energia jonizacji
(pierwsza energia jonizacji) – Ilość
energii potrzebna na oderwanie od pojedynczego atomu w
stanie podstawowym najsłabiej związanego z nim
elektronu.
• Używany symbol - I
• Jednostki eV lub kJ 1 EV = 1.6*10
-19
J
• Energia jonizacji zależy od:
– Efektywnego ładunku jądra
– Rozmiarów orbitalu (odległości od jądra w jakiej znajduje się
maksimum prawdopodobieństwa napotkania elektronu )
– Stopnia penetracji usuwanego elektronu w powłoki wewnętrzne
s > p > d > f
Zmiana energii jonizacji w grupach układu
okresowego
Symb
ol
Struktura elektronowa
Z
S
Z
ef
r
[pm]
Be
1s
2
2s
2
4
2.05 1.95
125
Mg
1s
2
2s
2
p
6
3s
2
12
9.15 2.85
145
Ca
1s
2
2s
2
p
6
3s
2
p
6
4s
2
20
17.1
5
2.85
174
Sr
1s
2
2s
2
p
6
3s
2
p
6
d
10
4s
2
p
6
5s
2
38
35.1
5
2.85
192
Ba
1s
2
2s
2
p
6
3s
2
p
6
d
10
4s
2
p
6
d
10
5s
2
p
6
6s
2
56
53.1
5
2.85
198
Zmiana energii jonizacji w okresach
Symbol Z
Struktura elektronowa
Z
ef
r[pm]
Li
3
1s
2
2s
1
1.3
134
Be
4
1s
2
2s
2
1.95
125
B
5
1s
2
2s
2
p
1
2.6
92
C
6
1s
2
2s
2
p
2
3.25
77
N
7
1s
2
2s
2
p
3
3.9
75
O
8
1s
2
2s
2
p
4
4.55
73
F
9
1s
2
2s
2
p
5
5.20
72
Ne
10
1s
2
2s
2
p
6
5.85
Zmiana energii jonizacji w okresach
(okresy krótkie)
Zmiana energii jonizacji w okresach
(okresy długie)
Powinowactwo elektronowe
• Powinowactwo elektronowe
(pierwsze powinowactwo
elektronowe) – Ilość energii wydzielona podczas
przyłączania elektronu do pojedynczego atomu w stanie
podstawowym.
• Używany symbol - E
• Jednostki eV lub kJ
• Powinowactwo elektronowe zależy od:
– Efektywnego ładunku jądra
– Rozmiarów orbitalu (odległości od jądra w jakiej znajduje się
maksimum prawdopodobieństwa napotkania elektronu ), na
którym umieszczamy przyłączany elektron
Zmiany powinowactwa elektronowego
pierwiastków grup głównych
Elektroujemność
• Definicja Paulinga:
Elektroujemność atomu
to miara siły z jaką przyciąga
on w cząsteczce elektrony wiązania.
• W odróżnieniu od powinowactwa elektronowego
elektroujemność:
– Dotyczy
atomu w cząsteczce
, a nie pojedynczego
izolowanego atomu
– Jest wielkością
względną
i
bezwymiarową
Podstawy skali Paulinga
Cząsteczka
H
2
Cl
2
Energia wiązania [kJ/mol]
431
239
Energia w przeliczeniu na 1 wiązanie [kJ]
7.16*10
-22
3.99*10
-
22
Wkład każdego z atomów w energię
wiązania [kJ]
3.58*10
-22
1.99*10
-
22
HCl
Energia wiązania obliczona przy założeniu że różnicy
elektroujemności nie ma: E
obl
= 5.57*10
-22
kJ
E
eksp
= 7.09*10
-22
kJ
Sprawdzenie koncepcji dla chlorowcowodorów
Szczegóły konstrukcji skali
'
B
A
B)
(B
A)
(A
B)
(A
2
B
A
2
B
A
'
B)
(B
A)
(A
B)
(A
'
B)
(B
A)
(A
B)
(A
Δ
0.1018
X
X
D
D
D
X
X
96
X
X
Δ
D
D
D
Δ
2
D
D
D
Δ
Elektroujemności pierwiastków w skali
Paulinga
Cs - 0.79 Na - 0.93 Al - 1.61 H - 2.20 C - 2.55
P - 2.19 N - 3.04 0 - 3.44 Cl - 3.16 F - 4.0
Wady i zalety koncepcji Paulinga
• Zalety:
Opiera się na łatwo dostępnych eksperymentalnie
wartościach energii dysocjacji wiązań.
• Wady:
niejasne pojęcie wkładu atomu w energię wiązania
Potraktowanie elektroujemności atomu jako jego stałej
cechy
Skala Mullikana
•
A-B
Struktura graniczna: Koszt energetyczny:
A
+
B
-
I
A
– E
B
A
-
B
+
I
B
- E
A
Jednakowe elektroujemności I
A
– E
B
= I
B
- E
A
→ I
A
+ E
A
= I
B
+ E
B
Elektroujemność A jest większa I
A
– E
B
> I
B
- E
A
→ I
A
+ E
A
> I
B
+ E
B
Elektroujemność B jest większa I
A
– E
B
< I
B
- E
A
→ I
A
+ E
A
< I
B
+ E
B
Wniosek: suma
I + E
może być traktowana jako miara elektroujemności
atomu
Skala Mullikana
[kJ]
w
M
)
X
(X
520.83
M
M
[eV]
w
M
)
X
(X
2.78
M
M
2
E
I
M
B
A
B
A
B
A
B
A
A
A
A
• Zalety:
w porównaniu z koncepcją Paulinga nie budzi zastrzeżeń
teoretycznych
• Wady:
– Podobnie jak u Paulinga elektroujemność traktuje się jako stałą
cechę atomu
– Wartości powinowactw elektronowych dla niektórych pierwiastków
nie dały się dokładnie wyznaczyć
Skala Allreda - Rochova
atomu
ny
kowalencyj
promie
ń
r
0.744
r
Z
0.359
X
2
ef
Zależność elektroujemności od stanu
hybrydyzacji atomu
• Im większy udział orbitalu s w hybrydzie tym większa
elektroujemność atomu.
• Przykład1 - Właściwości wiązania C-H
– CH
4
- hybrydyzacja sp
3
- udział orbitalu s w hybrydzie 25% -
elektroujemność węgla jest prawie taka sama jak elektroujemność
wodoru i wiązanie C-H jest niepolarne
– C
2
H
4
- hybrydyzacja sp
2
- udział orbitalu s w hybrydzie 33% -
elektroujemność węgla jest większa niż elektroujemność wodoru i
wiązanie staje się polarne
– C
2
H
2
– hybrydyzacja sp – udział orbitalu s w hybrydzie 50% -
elektroujemność atomu węgla znacznie przewyższa elektroujemność
atomu wodoru. Wiązanie jest wyraźnie spolaryzowane, co skutkuje
możliwościa podstawienia atomu wodoru aktywnym metalem.
C
2
H
2
+ Ca → CaC
2
+ H
2
Zależność elektroujemności od stanu
hybrydyzacji atomu
• Przykład 2 – Zasadowość atomu azotu
R-NH
2
+ H
2
O
N
N H
+
N
[R-NH
3
]
+
+ OH
-
pK
B
= 3 - 4
Hybrydyzacja sp
3
Hybrydyzacja sp
2
+ H
2
O
+ OH
-
pK
B
= 8.8
:
Hybrydyzacja sp
R-C
: + H
2
O
sp
3
sp
2
sp
C 2.48 2.75 3.29
Związek elektroujemności z ładunkiem atomu
w cząsteczce
• Ładunek dodatni
zgromadzony na atomie
zwiększa
jego
elektroujemność.
• Ładunek ujemny
zgromadzony na atomie
zmniejsza
jego
elektroujemność.
X = a + b *
Klasyfikacja wiązań
• Wiązanie atomowe
– tworzy się między atomami o
jednakowych
(bardzo podobnych) i
dużych
elektroujemnościach.
Typowe cechy: niska liczba koordynacyna, kierunkowość,
powstawaniem rządzi reguła oktetu
• Wiązanie jonowe
– tworzy się między atomami
znacznie
różniącymi
się elektroujemnością
Typowe cechy: wysoka liczba koordynacyjna,
bezkierunkowość, powstawaniem rządzi reguła oktetu
• Wiązanie metaliczne
– tworzy się między atomami o
bardzo podobnych ale małych elektroujemnościach.
Typowe cechy: wysoka liczba koordynacyjna, związki
przewodzą prąd