אחד ההישגים הגדולים ברמה המדעית היה סיווג וארגון היסודות. חקר תכונות החומר מתוארך לתקופת האלכימאים, המדענים באזור זה תמיד זכרו את החשיבות של הקמת מערכת סיווג שתאפשר ניהול מסודר של היסודות שהיו ידועים באותה תקופה.
משם, לאחר ניסיונות רבים, פותחה הטבלה הידועה של האלקטרוני-שליליות, הידועה גם בשם הטבלה המחזורית של מנדלייב, שהיא מערכת הסיווג והארגון היעילה ביותר שיש לנו עד כה. בו האלמנטים מסודרים פנימה תפקוד האלקטרוני שליליות שלהם, שהוא מדד ליכולתם של האלקטרונים של הקליפה האחרונה שלו להתאחד עם אטומים אחרים, אך נדבר על כך.
מהי electronegativity?
לפני שנכנס לנושא באופן מלא, חשוב להבהיר כי כל החומר מורכב מאטומים, כהגדרתו של ג'ון דלטון בשנת 1803. האטום הוא יחידת החומר היסודית והבלתי ניתנת לחלוקה, המורכבת מגרעין, שסביבו אלקטרונים ו פרוטונים מסתובבים במסלולים אליפטיים, והאלקטרונים שנמצאים בשכבה האחרונה של היסוד במצב הצבירה שלו קובע את היכולת של כל חומר ליצור תרכובות. זה מה שמגדיר את האלקטרואנגטיביות, את יכולתו של האטום להתאחד באמצעות קשרים עם אטומים אחרים.
תהליך זה מוגדר על ידי פעולה של שתי כמויות:
- מסה אטומית: מה המסה הכוללת של פרוטונים ונויטרונים באטום יחיד.
- אלקטרוני ערכיות: חלקיקים טעונים שלילית הנמצאים בשכבה האחרונה של האטום, המהווים את כמות החלקיקים הזמינים לביצוע ההחלפה ביצירת תרכובות.
פיתוח הטבלה האלקטרונית
בחיפושם אחר סיווג נאות של היסודות, מדענים רבים פיתחו רעיונות סביב מה יכולה להיות מערכת מתאימה, דרכה ניתן לגשת לאלמנטים בצורה מסודרת, תוך התחשבות בתכונותיהם. המדענים הבאים תרמו תרומות חשובות שתרמו לפיתוח הטבלה הנוכחית של אלקטרוניות:
- אנטואן לבואזיה: הסיווג שביצע מדען זה של היסודות בוצע באופן שרירותי, מבלי לקחת בחשבון שום קריטריון לסיווג, ולכן הסיווג שלו לא היה מוצלח במיוחד.
- יוהאן דובריינר: מדען זה ידוע בפיתוח השלשות הנושאות את שמו. הוא פיתח מחקר בו הוא קיבץ אלמנטים בקבוצה של שלוש, ומצא על ידי עריכת השוואות שהמונים האטומיים היחסיים שלהם (אשר נקבעים באמצעות ספקטרומטר מסה), וערכים מסוימים של המאפיינים הפיזיים שלהם, היו קשורים זה לזה. לכן ניתן היה לחזות אותם באמצעות קירובים מתמטיים. כימאי בריטי ג'ון ניולנדס, עבד על בסיס שפותח על ידי דובריינר, וכך הצליח לסדר את היסודות בטבלה עם קבוצות של אלמנטים בעלי מסות אטומיות יחסית בצורה הולכת וגוברת; עם קיבוץ זה ביקשו הבריטים לפתח טבלה שבה דפוס של חזרות תקופתיות על תכונות פיזיקליות של היסודות. מכיוון שחזרות כאלה היו מקובצות סביב 8 אלמנטים, הם סומנו בשם "חוק שמיניות".
- לותר מאיר: הוא ידוע בהרחבת הידע בתחום חקר יחסי המאפיינים הפיזיקליים והתכונות האטומיות של רכיבים. עבודתו הייתה משלימה, ובתמורה בלתי תלויה ביצירה שהפיק מנדלייב.
- דמיטרי מנדלייב: בהתבסס על ההנחות של חוק תקופתי, מדען זה פיתח את עבודת סיווג היסודות המוצלחת ביותר, שעדיין בתוקף (עם שינויים, שבהם נוספו האלמנטים החדשים שהתגלו. הוא סיווג את היסודות תוך התחשבות בנתונים האלקטרוניים שלהם, והיה לו החזון להשאיר תיבות שבהן אין אלמנט בכושר, וצפה כי יתאים לאלמנט שטרם התגלה. אלמנטים ידועים שנמלטו מפרמטרים של סדר צוינו בנפרד, במקום להיכלל באופן שרירותי (טעות של Lavoisier ו- Newlands). באשר לאלקטרואנגטיביות בתוך הטבלה, הכלל הכללי הוא: אלקטרגטיביות היא ערך שעולה ככל שאנו עוברים ימינה לשולחן, תוך התבוננות בירידה במעבר שמאלה. לאלמנטים שבראש הטבלה יש ערכי אלקטרונגטיביות גבוהים יותר.
מאזני אלקטרוניגטיביות
הערכים השונים של האלקטרגנגטיביות קובעים את סוג הקשר שנוצר, ולכן המחקר של התהליך הזה היה מושא לעניין, ושני פוסטולטים פותחו:
סולם פאולינג: על פי מחקריו של פאולינג, נקבע כי אלקטרונגטיביות היא תכונה משתנה, מכיוון שהיא תלויה במצב החמצון של היסוד. תצפיותיו אפשרו לו לקבוע שאם תתבצע חיסור, או הבדל, בין המלים האלקטרוניות, נוכל לחזות את סוג הקשר שייווצר, מכיוון שהוא קבע סולם:
- קשר יוני: שיפוע אלקטרוני שלילי גדול או שווה ל 1.7. קשר זה מתרחש בדרך כלל בין אלמנטים מתכתיים ולא מתכתיים.
- קשר קוולנטי: כאשר ההבדל הוא בטווח של 1.7 עד 0.4. מקובל לראות אותם בתרכובות שאינן מתכתיות.
- קישור קוטבי: להבדלים שווים או פחות מ 0.4.
סולם מוליקן: הוא מבוסס על הזיקה האלקטרונית של היסודות, המגדירה את נטייתם לרכוש מטען שלילי, וזה מה שמגדיר את יכולתו של אלמנט לקבל אלקטרונים. זה עובד גם עם פוטנציאלים יוניים, אשר בתורם קובעים את נטיית היסוד לקבל מטען חיובי (אלמנטים טעונים חיוביים הם אלה שתורמים אלקטרונים מקליפתם האחרונה). סולם זה עובד עם ערכים ממוצעים.