Закономерность: электроотрицательность

По шкале Полинга фтор получает 3.98, больше всех элементов. У цезия 0.79.

Когда два атома делят пару электронов, делёж редко бывает честным. Обычно один атом подтягивает пару немного ближе к себе, как более сильный участник перетягивания каната тянет верёвку на свою сторону. Электроотрицательность показывает числом, насколько сильно атом тянет общие электроны. Она важна, потому что решает, будет ли связь общей поровну, общей неравно или не общей вовсе. Об этом рассказывает курс о химических связях.

Шкала Полинга

Американский химик Лайнус Полинг предложил эту шкалу в 1932 году. Он вывел её из того, сколько энергии нужно, чтобы разорвать связи между разными атомами. Числа не имеют единиц и идут примерно от 0.7 до чуть меньше 4. Выше всех фтор с 3.98, затем кислород с 3.44, хлор с 3.16 и азот с 3.04. Внизу шкалы цезий с 0.79, а для франция указано 0.7. Углерод с 2.55 стоит посередине, у водорода 2.20.

Закономерность

Электроотрицательность растёт вдоль периода и падает вниз по группе, в обратную сторону по сравнению с радиусом. Это не совпадение. Маленький атом с большим эффективным зарядом ядра может притянуть общую пару близко к своему ядру и крепко её держать. У крупного атома внешняя оболочка далеко от ядра и хорошо экранирована, поэтому он тянет слабо. В модели плитки поднимаются от левого края к пику у фтора, а затем немного опускаются у благородных газов. У тех нет значения по Полингу, потому что гелий, неон и аргон не образуют обычных связей.

Запомнить удобно так: самые электроотрицательные элементы являются маленькими неметаллами справа вверху (F, O, N, Cl), а наименее электроотрицательные являются крупными металлами слева внизу. Металлы с низкой электроотрицательностью отдают электроны, неметаллы с высокой забирают их. Когда металл с левого края встречается с неметаллом с правого, разница так велика, что электрон просто переходит от одного атома к другому.

Близкая закономерность связана с энергией ионизации, то есть энергией, нужной, чтобы оторвать один электрон от отдельного атома. PubChem указывает её в электронвольтах. Она растёт вдоль периода и падает вниз по группе, как и электроотрицательность: вниз по группе 1 литий 5.392, натрий 5.139, калий 4.341 и цезий 3.894, а справа в периоде 2 фтор 17.423 и неон 21.565. Самое большое значение у гелия, 24.587: два его электрона сидят в крошечной оболочке совсем рядом с ядром.

Используем разность

Вычти одну электроотрицательность из другой и получишь примерную подсказку о связи. У двух одинаковых атомов, как в H₂ или Cl₂, разность равна нулю, и пара общая поровну. У водорода и кислорода в воде разность 3.44 − 2.20 = 1.24, поэтому общие пары ближе к кислороду и связь полярная. У натрия и хлора разность 3.16 − 0.93 = 2.23, и этого достаточно, чтобы химики называли хлорид натрия ионным соединением. Резкой границы нет. В учебниках часто называют разность примерно от 1.7 до 2 как зону, где связь начинают считать ионной, но переход плавный.