مقياس بولنج: الكهربية وفرق الطاقة - كيمياء - 2026

على نطاق وباولينغ هو مقياس التعسفي المستخدمة في الكيمياء للتعبير عن كهربية من العناصر. يتم تعريف هذا على أنه ميل ذرة معينة لجذب الإلكترونات عندما تتحد مع ذرة أخرى.

بهذا المعنى ، تميل العناصر ذات القدرة الكهربية العالية إلى اكتساب الإلكترونات بسهولة. هذه هي العناصر غير المعدنية ، بينما من جانبها ، عناصر أقل كهرسلبية مثل المعادن ، من الأسهل التخلي عن الإلكترونات.

الشكل 1. مقياس بولينج. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

لذلك ، بمعرفة القدرة الكهربية لعنصر ما ، يكون لدى المرء فكرة عن نوع الرابطة التي يمكنه تكوينها عند دمجه مع عنصر آخر. سنرى هذا بمثال عددي لاحقًا.

باستخدام هذه المعلومات ، يمكن التنبؤ بالعديد من الخصائص التي سيحظى بها المركب ، وهو شيء مفيد جدًا في الكيمياء التجريبية وعلم المواد ، حيث يتم إنشاء مركبات جديدة باستمرار.

ومع ذلك ، من الملائم توضيح أنه على الرغم من أهمية ذلك ، لا توجد طريقة واحدة لتحديد الكهربية ؛ مقياس بولينج هو واحد فقط من الطرق المختلفة المقترحة للعثور عليه ، على الرغم من أنه أحد أكثر الطرق استخدامًا.

في الواقع ، مقياس بولينج هو مقياس عشوائي يتم فيه تعيين قيمة عددية لكل عنصر في الجدول الدوري ، مما يعكس سلبيته الكهربية. يمكننا رؤيته في الشكل 1 ، حيث لدينا الكهربية لكل عنصر ، كما حددها الحائز على جائزة نوبل مرتين لينوس بولينج (1901-1994) حوالي عام 1939.

كهرسلبية العناصر

وجد Pauling ، مع Don M. Yost ، قيم الكهربية بشكل تجريبي ، من خلال البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها عن طريق قياس طاقات الرابطة.

عيّن بولينج عنصر الفلور - أعلى ويمين الجدول في الشكل 1 - أعلى كهرسلبية ، برقم 4.0. لذلك عندما يشكل الفلور روابط ، فإنه يظهر أعلى ميل لجذب الإلكترونات من جميع العناصر.

ثانيًا هو الأكسجين الذي يحتوي على 3.5 والثالث هو النيتروجين مع 3.0. كلاهما موجود في أعلى ويمين الجدول.

من ناحية أخرى ، في الطرف المقابل ، فإن أقل عنصر كهرسلبي هو السيزيوم ، ورمزه Cs ، الموجود على يسار الجدول ، والذي حدده Pauling بالرقم 0.7.

الكهربية في الجدول الدوري

بشكل عام ، وكما يتضح من الشكل 1 ، تزداد القدرة الكهربية - وطاقة التأين - من اليسار إلى اليمين في الجدول الدوري. يشير الاتجاه العام أيضًا إلى انخفاض عند التحرك لأعلى ولأسفل.

لذلك ، سيكون لدينا أكثر العناصر الكهربية في الزاوية اليمنى العليا من الجدول: الفلور والأكسجين والكلور والنيتروجين. يمكن العثور على الأقل كهرسلبية - أو الأكثر حساسية إذا كنت تفضل ذلك - على اليسار: الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والعناصر الأخرى من المجموعة 1 - العمود الموجود في أقصى اليسار ، والذي يتوافق مع الفلزات الأرضية القلوية والقلوية.

في كل عمود ، تنخفض الكهربية مع زيادة العدد الذري للعنصر ، باستثناء الفلزات الانتقالية في المركز ، والتي لا تتبع هذا الاتجاه.

نقطة مهمة يجب ملاحظتها هي أن الكهربية نسبية ، وهي ليست خاصية ثابتة لكل عنصر ، ولا تقاس إلا فيما يتعلق بعناصر أخرى. يعتمد ذلك كثيرًا على حالة الأكسدة ، لذلك يمكن أن يُظهر العنصر نفسه كهرسلبية مختلفة ، اعتمادًا على نوع المركب الذي يتكون منه.

فرق الطاقة الملزمة

الشكل 2. الكيميائي الأمريكي لينوس بولينج عام 1955. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

في الكيمياء ، الرابطة هي الطريقة التي تتحد بها الذرات ، سواء كانت متشابهة أو مختلفة ، معًا لتكوين الجزيئات. تظهر القوى بين الذرات التي تجمعهم معًا بطريقة مستقرة.

هناك عدة أنواع من الروابط ، ولكن هناك نوعان منها:

-تساهمية ، حيث تشترك ذرات كهربية متشابهة في زوج من الإلكترونات.

-أيوني ، متكرر بين الذرات ذات السالب الكهربية المختلفة التي يسود فيها التجاذب الكهروستاتيكي.

افترض أن عنصرين A و B يمكنهما تكوين جزيئات مع بعضهما البعض ، يرمز إليهما AA و BB. وهم قادرون أيضًا على الانضمام لتكوين مركب AB ، كل ذلك من خلال نوع من الرابطة.

بفضل مشاركة القوى بين الجزيئات ، توجد طاقة في الرابطة. على سبيل المثال ، الطاقة في الرابطة AA هي E _{AA ،} وفي السندات BB تكون EBB وأخيراً في المركب AB تكون E _AB.

إذا تم تشكيل جزيء AB بواسطة رابطة تساهمية ، فمن الناحية النظرية ، تكون طاقة الرابطة هي متوسط ​​الطاقات _EA و E _BB:

E _AB = ½ (E _AA + E _BB)

قام بولينج بحساب E _AB لمركبات مختلفة ، وقام بقياسها تجريبياً وحدد الفرق بين القيمتين ، والتي سماها Δ:

Δ = - (E _AB) مقاسة - (E _AB) نظري - = - (E _AB) مقاسة - ½ (E _AA + E _BB) -

استنتج بولينج هذا: إذا كانت قريبة جدًا من 0 ، فهذا يعني أن الكهرسلبية لكلا العنصرين متشابهة وأن الرابطة التي تربطهما تساهمية. ولكن إذا لم تكن صغيرة ، فإن الرابطة بين A و B ليست تساهمية خالصة.

كلما زادت القيمة المطلقة لـ Δ ، زاد الفرق بين الكهربية للعنصرين A و B ، وبالتالي فإن الرابطة التي تربطهما ستكون من النوع الأيوني. سيجد القارئ لاحقًا مثالًا ، من خلال حساب Δ ، يمكن تحديد نوع رابطة المركب.

معادلات كهرسلبية

بافتراض أن الاختلاف في الطاقات هو الإشارة التي تميز طبيعة الرابطة ، أجرى بولينج العديد من التجارب التي دفعته إلى إنشاء تعبير تجريبي عن السالبية الكهربية النسبية للعنصرين A و B اللذين يشكلان جزيئًا.

دلالة على هذه الكهربية كـ χ (الحرف اليوناني "تشي") ، عرّف بولينج Δ على النحو التالي:

و ² Δ = ²

χ (أ) - χ (ب) = f√Δ = 0.102√Δ

لاحظ أن Δ كمية موجبة. العامل f = 0.102 الذي يظهر بضرب الجذر التربيعي لـ Δ هو عامل التحويل بين kJ (كيلو جول) و eV (إلكترون فولت) ، وكلاهما من وحدات الطاقة.

إذا تم استخدام سعرات حرارية وإلكترون فولت بدلاً من ذلك ، فسيتم التعبير عن الفرق في الكهربية باستخدام صيغة مماثلة ولكن مع f = 0.208:

χ (أ) - χ (ب) = 0.208√Δ

بدأ بولينج بتعيين الهيدروجين بقيمة 2.1 ، وهي قيمة سابقة حصل عليها الكيميائي روبرت موليكن. اختار هذا العنصر كنقطة انطلاق له لأنه يشكل روابط تساهمية مع العديد من العناصر الأخرى.

باستخدام المعادلة السابقة ، واصل تعيين القيم النسبية لبقية العناصر. وهكذا أدرك أن الكهربية تزداد عند الانتقال من اليسار إلى اليمين ومن أعلى إلى أسفل في الجدول الدوري ، كما هو موضح في القسم السابق.

مثال

فيما يلي قائمة بالعناصر: N و J و Y و M والسلبية الكهربية الخاصة بكل منها وفقًا لمقياس Pauling:

- N: Χ = 4.0

- J: Χ = 1.5

- ص: Χ = 0.9

- م: Χ = 1.6

من بين المركبات التالية المكونة معهم:

YJ و YN و MN و JM

حدد الشخص الذي يحتوي على أعلى صفة أيونية والذي يكون طبيعته تساهمية. إعطاء أسباب إجابتك.

المحلول

وفقًا للمعايير التي وضعها Pauling ، سيكون المركب ذو الطابع الأيوني الأعلى هو المركب الذي يحتوي على أكبر فرق بين الكهربية ، وبالتالي قيمة أكبر لـ Δ. من جانبه ، فإن المركب الذي يحتوي على أقل فرق في الطاقة هو المركب ذو الرابطة التساهمية.

ثم نحسب مقدار Δ لكل مركب على النحو التالي:

مركب YJ

Δ = ² = (0.9 - 1.5) ² = 0.36

مركب YN

Δ = ² = (0.9 - 4.0) ² = 9.61

مركب MN

Δ = ² = (1.6 - 4.0) ² = 5.76

مركب JM

Δ = ² = (1.5 - 1.6) ² = 0.01

من النتائج المذكورة أعلاه ، يتضح أن المركب الأيوني هو YN ، حيث Δ = 9.61 ، بينما يكون المركب التساهمي هو JM ، مع Δ = 0.01.

المراجع

1. نصوص الكيمياء. بولينج الكهربية. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org.
2. الكتاب الذهبي IUPAC. كهرسلبية. تم الاسترجاع من: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet ، G. الكهربية التي يساء فهمها. تم الاسترجاع من: scielo.org.
4. نصوص علمية. كهرسلبية. تم الاسترجاع من: textcientificos.com.
5. ويتن ، ك. 2010. الكيمياء. 9. إد بروكس / كول. سينجاج ليرنينج.
6. ويكيبيديا. الرابطة التساهمية. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.
7. ويكيبيديا. الرابطة الأيونية. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.