2.2. Электроотрицательность

Определения и обозначения

Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары в химической связи. Это характеристика атома, когда он связан с другими атомами, а не отдельная неизменная величина для свободного атома. Она нужна, чтобы предсказать, как распределятся электроны в связи.

Относительная электроотрицательность — численная характеристика, с помощью которой сравнивают способность атомов притягивать общую электронную пару. Числа позволяют установить, какой из двух связанных атомов сильнее притягивает электроны. Без относительной шкалы такое сравнение было бы только качественным.

Шкала Полинга — система относительных значений электроотрицательности, в которой значения элементов сопоставлены между собой. По ней можно сравнить атомы разных элементов и найти разность их значений. Эти числа не являются зарядами атомов и служат для описания сравнительной способности притягивать электроны.

Полярность связи — неравномерное распределение общей электронной пары между атомами с разной электроотрицательностью. Более электроотрицательный атом получает частичный отрицательный заряд δ−, а другой — частичный положительный заряд δ+. Понятие помогает описывать смещение электронной плотности, не считая атомы полностью заряженными ионами.

Как это устроено

Электроотрицательность связана с притяжением общих электронов ядром: электронная пара находится между связанными атомами, и ядра обоих атомов воздействуют на неё. Поэтому оценивают не притяжение изолированного атома к собственным электронам, а его способность притягивать электроны, участвующие в связи. Вне химической связи общей пары нет, так что такая характеристика не описывает изолированный атом напрямую.

На притяжение пары влияют заряд ядра, расстояние до него и экранирование. Больший положительный заряд ядра усиливает притяжение отрицательно заряженных электронов, если остальные условия сопоставимы. Электроны внутренних слоёв частично экранируют ядро, то есть ослабляют его воздействие на внешнюю область; чем дальше от ядра находится связь, тем слабее его притяжение общей пары.

В периоде слева направо электроотрицательность, как правило, увеличивается. Заряд ядра растёт, а новые электроны в основном заполняют тот же электронный слой, поэтому расстояние до внешней области меняется не так резко, как при переходе в следующий слой. Экранирование не компенсирует полностью рост заряда ядра, и его эффективное притяжение общей электронной пары становится сильнее.

В группе сверху вниз электроотрицательность обычно уменьшается. У каждого следующего элемента появляется дополнительный электронный слой, поэтому внешняя область атома и общая пара оказываются дальше от ядра. Внутренние электроны усиливают экранирование, и увеличившийся заряд ядра не приводит к более сильному притяжению пары в связи.

Если электроотрицательности атомов различаются, общая электронная пара смещается к тому, у которого значение выше. Электронная плотность около этого атома возрастает, поэтому ему приписывают частичный заряд δ−, а другому — δ+. Чем больше разность электроотрицательностей, тем сильнее обычно выражена полярность связи; однако сама разность не равна величине частичного заряда.

Изменение электроотрицательности и его проявления

Для сравнения сначала определите, какие атомы рассматриваются, а затем установите направление изменения электроотрицательности или сопоставьте числа шкалы. В связи с разными значениями пометьте атом с большим значением знаком δ−. Таблица показывает общие закономерности: конкретное сравнение элементов точнее выполнять по числам.

Разбор задач

Задача 1. Электроотрицательности элементов X и Y равны 2,1 и 3,0. У какого атома электроотрицательность больше? Нужно сравнить значения, а не делать вывод только по положению символов в записи формулы.

1. Записываем значения рядом с атомами: X — 2,1; Y — 3,0.
2. Сравниваем числа: 3,0 больше 2,1.
3. Следовательно, атом Y сильнее притягивает общую электронную пару в связи.

Ответ: электроотрицательность атома Y больше.

Задача 2. В связи X—Y электроотрицательности равны 2,1 и 3,0 соответственно. Определим, куда смещена электронная пара и какие частичные заряды обозначить. Важно отнести каждое число именно к указанному атому.

1. Сопоставляем значения: у X — 2,1, у Y — 3,0.
2. Большее значение у Y, поэтому общая электронная пара смещена в сторону Y.
3. На Y ставим δ−, а на X — δ+, поскольку около Y электронная плотность выше.

Ответ: Xδ+—Yδ−; электронная пара смещена к Y.

Задача 3. Сравним полярность связей A—B, C—D и E—F, если разности электроотрицательностей для них равны 0,4; 1,2 и 0,7. Требуется расположить связи от наименее полярной к наиболее полярной. Для этого сравниваем модули разностей, поскольку направление смещения определяет знак, а не степень полярности.

1. Записываем разности по возрастанию: 0,4; 0,7; 1,2.
2. Связываем каждое число с парой: A—B — 0,4, E—F — 0,7, C—D — 1,2.
3. Чем больше разность электроотрицательностей, тем обычно сильнее полярность соответствующей связи.

Ответ: A—B < E—F < C—D по степени полярности. Такой порядок относится к связям, а не обязательно к полярности целых молекул, в которые они входят.

Типичные ошибки

Считать электроотрицательность неизменным свойством изолированного атома — ошибка: она описывает притяжение общей электронной пары в связи. Так думают, потому что значение записывают рядом с химическим элементом, как будто это характеристика его отдельного атома. Проверка простая: задайте себе вопрос, есть ли в рассматриваемой ситуации общая электронная пара; именно её притяжение характеризует электроотрицательность.

Путать направление изменения в периоде и группе часто заставляет смешение двух причин: заряда ядра и числа электронных слоёв. В периоде слева направо электроотрицательность обычно растёт, а в группе сверху вниз уменьшается. Проверяя ответ, учитывайте отдельно: в периоде растёт эффективное притяжение ядра, а вниз по группе увеличиваются расстояние до ядра и экранирование.

Утверждение, что пара смещается к менее электроотрицательному атому, меняет направление притяжения на противоположное. Ошибка возникает, если перепутать частичный положительный и отрицательный заряды. Сначала найдите атом с большим значением: к нему смещается пара и на нём ставят δ−; на втором атоме будет δ+.

Разность электроотрицательностей не равна заряду атома. Её используют для сравнения полярности связей, а частичные заряды обозначают отдельно и не приравнивают автоматически к полученной разности. Чтобы проверить себя, спросите, что именно найдено: разница двух табличных значений или заряд; это разные величины.

Связь с другими темами

Для понимания электроотрицательности нужны знания о строении атома: заряде ядра, электронных слоях и периодическом законе. Именно эти понятия объясняют закономерности изменения притяжения общей пары в периодах и группах. Поэтому при сомнении в направлении изменения полезно проверить, что происходит с расстоянием до ядра и экранированием.

Электроотрицательность пригодится при изучении ковалентной связи, полярности молекул и распределения электронной плотности. Она помогает определить направление смещения электронов в отдельной связи, но для оценки полярности молекулы нужно также учитывать её форму. Так понятие связывает строение атома с поведением электронов в веществах.

Что запомнить

• Электроотрицательность показывает, насколько атом притягивает общую электронную пару.
• Сравнивать электроотрицательности следует по относительной шкале.
• В периоде слева направо электроотрицательность обычно возрастает.
• В группе сверху вниз электроотрицательность обычно уменьшается.
• Общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому.
• Разность электроотрицательностей помогает оценить полярность связи.