§ 55. Электроотрицательность химических элементов

Определения и обозначения

Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары в химической связи. Проще говоря, она показывает, какой из связанных атомов сильнее «перетягивает» электроны. Сравнение этой способности помогает предсказать, как распределятся электроны в связи.

Относительная электроотрицательность — сравнительная характеристика элементов, выраженная условной величиной. Её значение получают, сопоставляя способность атомов притягивать электроны с выбранным эталоном. Числа нужны для сравнения, но не имеют единиц измерения.

Шкала электроотрицательности — способ сопоставить элементы по способности притягивать общие электронные пары. В школьном курсе используют условную шкалу относительных значений, по которой можно установить, какой атом притягивает пару сильнее. Значения в ней не являются самостоятельными измерениями, как, например, длина в сантиметрах.

Полярная ковалентная связь — связь между атомами, общая электронная пара которой смещена к более электроотрицательному атому. Такое смещение означает, что электронная плотность распределена неравномерно. Понятие помогает описывать связи между разными атомами.

Как это устроено

В химической связи общая электронная пара находится между ядрами связанных атомов и притягивается каждым из них. Если оба ядра действуют на неё одинаково, распределение остаётся симметричным. Если притяжение одного атома сильнее, пара смещается в его сторону. Именно разница в притяжении объясняет неодинаковое распределение электронов в связях.

Электроотрицательность связана со способностью атома притягивать электроны, но определяется не одной отдельной величиной. На неё влияют свойства атома, в том числе заряд ядра и расстояние от ядра до внешних электронов. Поэтому её нельзя напрямую измерить как заряд или массу. Значения сравнивают с условно выбранным эталоном, а полученные числа используют для сопоставления элементов.

Когда связь образуют одинаковые атомы, их электроотрицательности равны. Каждый атом притягивает общую пару с одинаковой силой, поэтому она располагается симметрично между ядрами. Такую ковалентную связь называют неполярной. Примеры — связи H–H и Cl–Cl.

Если атомы различаются по электроотрицательности, более сильное притяжение смещает общую пару к одному из них. Этот атом получает частичный отрицательный заряд, который обозначают δ−, а второй — частичный положительный заряд δ+. Заряды называют частичными, потому что электроны не переходят полностью от одного атома к другому. Связь с таким смещением пары является полярной ковалентной.

В периоде электроотрицательность в целом возрастает слева направо. Заряд ядра при этом увеличивается, а атомный радиус в среднем уменьшается, поэтому ядро сильнее притягивает общую пару. В главной подгруппе сверху вниз электроотрицательность обычно снижается: атомы становятся крупнее, внешние электроны находятся дальше от ядра, и его притяжение к общей паре ослабевает. Это общие закономерности, которые позволяют сравнивать элементы по их положению в периодической системе.

Сравнение электроотрицательности элементов и характера связи

Сначала определите, сравниваются ли одинаковые атомы или разные, а затем установите, где электроотрицательность больше. Для двух разных элементов направление смещения пары указывает на более электроотрицательный атом. Строки о периоде и подгруппе помогают сравнивать элементы, если их расположение в таблице известно.

Разбор задач

Задача 1. Сравните электроотрицательность атомов натрия и хлора и укажите, к какому атому смещена общая электронная пара в связи Na–Cl.

1. Находим натрий и хлор в периодической системе: натрий расположен левее, а хлор — правее в том же периоде.
2. В периоде электроотрицательность в целом растёт слева направо. Значит, у хлора она больше, чем у натрия.
3. Общая электронная пара притягивается сильнее к более электроотрицательному атому, поэтому смещается к хлору.

Ответ: электроотрицательность хлора выше; общая пара в Na–Cl смещена к атому Cl. Эта задача показывает, как применить положение элементов в таблице, не заучивая отдельное число для каждого атома.

Задача 2. Расположите элементы C, N и O в порядке возрастания электроотрицательности и определите, к какому атому смещена общая пара в связи C–O.

1. Углерод, азот и кислород находятся в одном периоде, причём расположены слева направо именно в указанном порядке.
2. В периоде электроотрицательность в целом увеличивается слева направо. Поэтому ряд возрастания: C, N, O.
3. Сравниваем атомы в связи C–O: электроотрицательность кислорода выше, чем углерода. Следовательно, кислород притягивает общую пару сильнее.

Ответ: C < N < O; в связи C–O пара смещена к O. Здесь важны и последовательность элементов в периоде, и правило о направлении смещения общей пары.

Задача 3. Для связей H–H, H–Cl и Cl–Cl определите, где общая электронная пара распределена симметрично, а где смещена; укажите характер каждой связи.

1. В H–H связаны два одинаковых атома водорода, поэтому их электроотрицательности равны, а общая пара распределена симметрично.
2. В H–Cl атомы разные. Хлор электроотрицательнее водорода, поэтому пара смещена к Cl; связь является полярной ковалентной.
3. В Cl–Cl также соединены одинаковые атомы. Пара распределена симметрично, связь неполярная ковалентная.

Ответ: H–H и Cl–Cl — неполярные связи с симметричным распределением пары; H–Cl — полярная связь, пара смещена к хлору. Проверка проста: равные электроотрицательности означают симметрию, а разные — смещение к большему значению.

Типичные ошибки

Ошибка: считать электроотрицательность зарядом атома. Эти понятия смешивают, потому что оба связаны с электрическими свойствами. Но электроотрицательность показывает способность притягивать общую пару, а не количество заряда. Проверьте себя: если речь идёт о сравнении атомов в связи, это электроотрицательность; частичный заряд возникает уже при неравномерном распределении электронов.

Ошибка: путать электроотрицательность с энергией ионизации или сродством к электрону. Все три понятия связаны с электронами, поэтому их легко принять за одно и то же. Энергия ионизации характеризует удаление электрона, а сродство к электрону — изменение энергии при его присоединении; электроотрицательность относится к притяжению общей пары в связи. Для самопроверки спросите себя, рассматривается ли отдельный атом или атомы, уже образующие связь.

Ошибка: направлять общую пару к менее электроотрицательному атому. Так рассуждают, если путают «притягивает сильнее» и «отдаёт электроны». На самом деле пара смещается к атому с большим значением электроотрицательности. Сверьте направление с определением: сильнее притягивающий атом и должен оказаться со стороны смещения.

Ошибка: считать электроотрицательность абсолютной величиной с единицами измерения. Числа шкалы могут выглядеть как результаты точного измерения, однако это условные относительные значения. Их используют для сравнения элементов, а не выражают в вольтах или других единицах. Проверьте себя: если требуется указать единицу электроотрицательности, значит, относительную характеристику перепутали с физической величиной.

Связь с другими темами

Для сравнения электроотрицательности пригодятся знания о строении атома, заряде ядра и положении элемента в периодической системе. Эти сведения помогают объяснить, почему общая электронная пара смещается и как появляются частичные заряды. Понимание смещения электронов нужно при изучении ковалентной связи и свойств молекул. Оно также пригодится при рассмотрении окислительно-восстановительных процессов, где анализируют изменение распределения электронов.

Что запомнить

• Электроотрицательность показывает, насколько атом притягивает общую электронную пару.
• Электроотрицательность — относительная характеристика без единиц измерения.
• Общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому.
• У одинаковых атомов общая электронная пара распределена симметрично.
• В периоде электроотрицательность в целом возрастает слева направо.
• В главной подгруппе электроотрицательность в целом снижается сверху вниз.