Trend: Elektronegativität

Auf der Pauling-Skala erreicht Fluor 3.98, den höchsten Wert aller Elemente. Caesium erreicht 0.79.

Wenn zwei Atome ein Elektronenpaar teilen, ist das Teilen selten gerecht. Meist zieht ein Atom das Paar etwas näher zu sich heran, wie die stärkere Person beim Tauziehen, die das Seil auf ihre Seite zieht. Die Elektronegativität ist eine Zahl dafür, wie stark ein Atom an gemeinsamen Elektronen zieht. Sie ist wichtig, weil sie entscheidet, ob eine Bindung gleichmäßig, ungleichmäßig oder gar nicht geteilt wird, und genau darum geht es im Kurs über Bindungen.

Die Pauling-Skala

Der amerikanische Chemiker Linus Pauling schlug die Skala 1932 vor. Er leitete sie daraus ab, wie viel Energie nötig ist, um Bindungen zwischen verschiedenen Atomen zu spalten. Die Zahlen haben keine Einheit und reichen von etwa 0.7 bis knapp unter 4. Fluor hat mit 3.98 den höchsten Wert, dann folgen Sauerstoff mit 3.44, Chlor mit 3.16 und Stickstoff mit 3.04. Am unteren Ende hat Caesium 0.79, und Francium wird mit 0.7 geführt. Kohlenstoff liegt mit 2.55 in der Mitte, Wasserstoff bei 2.20.

Das Muster

Die Elektronegativität steigt innerhalb einer Periode an und fällt in einer Gruppe nach unten, umgekehrt wie der Radius. Das ist kein Zufall. Ein kleines Atom mit hoher effektiver Kernladung kann ein gemeinsames Paar nah an seinen Kern holen und fest halten. Bei einem großen Atom liegt die äußere Schale weit vom Kern entfernt und ist gut abgeschirmt, also zieht es schwach. Im Modell steigen die Kacheln von der linken Seite bis zu einem Gipfel bei Fluor an und fallen dann bei den Edelgasen etwas ab, die keinen Pauling-Wert haben, weil Helium, Neon und Argon keine gewöhnlichen Bindungen eingehen.

Eine nützliche Merkhilfe: Die elektronegativsten Elemente sind die kleinen Nichtmetalle oben rechts (F, O, N, Cl), die am wenigsten elektronegativen die großen Metalle unten links. Metalle mit niedriger Elektronegativität geben Elektronen ab, Nichtmetalle mit hoher Elektronegativität nehmen sie auf. Trifft ein Metall von ganz links auf ein Nichtmetall von ganz rechts, ist der Unterschied so groß, dass das Elektron einfach hinüberwechselt.

Ein eng verwandter Trend ist die Ionisierungsenergie, die Energie, die nötig ist, um einem einzelnen Atom ein Elektron zu entreißen. PubChem gibt sie in Elektronenvolt an. Sie steigt innerhalb einer Periode an und fällt in einer Gruppe nach unten, genau wie die Elektronegativität: Lithium 5.392, Natrium 5.139, Kalium 4.341 und Caesium 3.894 in Gruppe 1 nach unten, und Fluor 17.423 und Neon 21.565 rechts in Periode 2. Helium hat den höchsten Wert von allen, 24.587, weil seine zwei Elektronen in einer winzigen Schale direkt am Kern sitzen.

Den Unterschied nutzen

Zieh eine Elektronegativität von der anderen ab, und du bekommst einen groben Hinweis auf die Bindung. Zwei gleiche Atome, wie in H₂ oder Cl₂, haben einen Unterschied von null und teilen perfekt. Wasserstoff und Sauerstoff im Wasser unterscheiden sich um 3.44 − 2.20 = 1.24, also liegen die gemeinsamen Paare näher am Sauerstoff, und die Bindung ist polar. Natrium und Chlor unterscheiden sich um 3.16 − 0.93 = 2.23, genug, dass Chemiker Natriumchlorid als ionisch bezeichnen. Eine scharfe Grenze gibt es nicht. Lehrbücher nennen oft einen Unterschied von etwa 1.7 bis 2 als den Bereich, in dem Bindungen als ionisch gelten, aber die Skala ist fließend.