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