Jednym z wielkich osiągnięć na poziomie naukowym była klasyfikacja i organizacja elementów. Badanie właściwości materii sięga czasów alchemików, naukowcy z tego obszaru zawsze mieli na uwadze znaczenie stworzenia takiego systemu klasyfikacji, który pozwoliłby na uporządkowane zarządzanie znanymi wówczas pierwiastkami.
Dlatego po wielu próbach opracowano dobrze znaną tablicę elektroujemności, znaną również jako układ okresowy Mendelejewa, która jest najbardziej wydajnym systemem klasyfikacji i organizacji, jaki mamy do tej pory. W nim elementy są ułożone funkcja ich elektroujemności, która jest miarą zdolności elektronów w ich ostatniej powłoce do łączenia się z innymi atomami, ale o tym porozmawiamy.
Co to jest elektroujemność?
Zanim w pełni zagłębimy się w ten temat, ważne jest, aby wyjaśnić, że cała materia składa się z atomów, zgodnie z definicją Johna Daltona w 1803 roku. Atom jest elementarną i niepodzielną jednostką materii, która składa się z jądra, wokół którego elektrony i protony obracają się po orbitach eliptycznych i to elektrony obecne w ostatniej warstwie elementu w stanie skupienia określa pojemność każdego materiału do tworzenia związków. To właśnie definiuje elektroujemność, zdolność atomu do łączenia się poprzez wiązania z innymi atomami.
Proces ten jest określony działaniem dwóch wielkości:
- Masa atomowa: Jaka jest całkowita masa protonów i neutronów w pojedynczym atomie.
- Elektrony walencyjne: Ujemnie naładowane cząstki znajdujące się w ostatniej warstwie atomu, które stanowią ilość cząstek dostępnych do przeprowadzenia wymiany w tworzeniu związków.
Opracowanie tabeli elektroujemności
Poszukując odpowiedniej klasyfikacji pierwiastków, wielu naukowców opracowało koncepcje dotyczące tego, jaki mógłby być odpowiedni system, za pomocą którego można uzyskać dostęp do elementów w uporządkowany sposób, biorąc pod uwagę ich właściwości. Następujący naukowcy wnieśli ważny wkład, który przyczynił się do opracowania aktualnej tabeli elektroujemności:
- Antoine'a Lavoisiera: Klasyfikacja pierwiastków dokonana przez tego naukowca została przeprowadzona arbitralnie, bez uwzględnienia jakichkolwiek kryteriów klasyfikacyjnych, więc jego klasyfikacja nie była zbyt udana.
- Johanna Dobereinera: Ten naukowiec jest znany z tworzenia triad noszących jego imię. Opracował badanie, w którym pogrupował pierwiastki w grupę trzech, stwierdzając podczas porównań, że ich względne masy atomowe (które są określane za pomocą spektrometru mas), a pewne wartości ich właściwości fizycznych były ze sobą powiązane. Dlatego można je było przewidzieć za pomocą przybliżeń matematycznych. Brytyjski chemik Johna Newlandsa, pracował na podstawie opracowanej przez Dobereinera, dzięki czemu udało się uporządkować pierwiastki w tabeli z grupami pierwiastków o względnych masach atomowych w postaci rosnącej; Dzięki tej grupie Brytyjczycy starali się opracować tabelę, w której schemat okresowych powtórzeń właściwości fizyczne pierwiastków. Ponieważ takie powtórzenia zgrupowano wokół 8 elementów, oznaczono je nazwą „Prawo oktaw”.
- Lothar Mayer: Znany jest z poszerzania wiedzy z zakresu badania zależności właściwości fizycznych i atomowych składników. Jego praca była komplementarna, a co za tym idzie niezależna od pracy Mendelejewa.
- Dmitri Mendeleev: Na podstawie postulatów prawo okresowe, ten naukowiec opracował najbardziej udaną pracę w zakresie klasyfikacji pierwiastków, która nadal obowiązuje (z modyfikacjami, w których zostały dodane nowo odkryte pierwiastki. Klasyfikował pierwiastki z uwzględnieniem ich elektroujemności i miał wizję pozostawienia skrzynek, w których żaden element pasowanie, przewidując, że zmieści się element, który nie został jeszcze odkryty. Znane elementy, które wymknęły się z parametrów zamówienia, odnotowano osobno, zamiast być włączanym arbitralnie (błąd popełniony przez Lavoisiera i Newlandsa). W odniesieniu do elektroujemności w tabeli ogólną zasadą jest: Elektroujemność to wartość, która rośnie, gdy przesuwamy się na prawo od tabeli, obserwując spadek podczas ruchu w lewo. Elementy u góry tabeli mają wyższe wartości elektroujemności.
Skale elektroujemności
Różne wartości elektroujemności determinują rodzaj powstającego wiązania, dlatego też przedmiotem zainteresowania były badania tego procesu i sformułowano dwa postulaty:
Skala Paulinga: Zgodnie z badaniami Paulinga ustalono, że elektroujemność jest właściwością zmienną, ponieważ zależy od stopnia utlenienia pierwiastka. Jego obserwacje pozwoliły mu ustalić, że jeśli dokonano odejmowania lub różnicy elektroujemności, moglibyśmy przewidzieć rodzaj wiązania, które zostanie utworzone, ponieważ ustalił skalę:
- Wiązanie jonowe: Gradient elektroujemności większy lub równy 1.7. To wiązanie występuje zwykle między elementami metalowymi i niemetalicznymi.
- Wiązanie kowalencyjne: Gdy różnica mieści się w przedziale od 1.7 do 0.4. Często spotyka się je w związkach niemetalicznych.
- Łącze polarne: Dla różnic równych lub mniejszych niż 0.4.
Skala Mullikena: Opiera się na elektronicznym powinowactwie pierwiastków, które określa ich skłonność do przyjmowania ładunku ujemnego, co określa zdolność elementu do przyjmowania elektronów. Działa również z potencjałami jonowymi, które z kolei określają predyspozycje pierwiastka do przyjęcia ładunku dodatniego (dodatnio naładowane elementy to te, które oddają elektrony z ostatniej powłoki). Ta skala działa z wartościami średnimi.