เนื้อหา
- โครงสร้างของอะตอม
- ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับพันธะเคมี
- พันธะเคมีและ Electronegativity
- ค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้และตารางธาตุ
- งานเพิ่มเติม: อะตอมผิว
อิเลคโตรเนกาติวีตี้เป็นแนวคิดทางเคมีโมเลกุลที่อธิบายถึงความสามารถของอะตอมในการดึงดูดอิเล็กตรอนเข้าสู่ตัวมันเอง ยิ่งค่าตัวเลขของอิเล็กตรอนที่กำหนดให้กับอะตอมมากขึ้นเท่าใดก็ยิ่งมีพลังมากขึ้นที่จะดึงอิเล็กตรอนที่มีประจุลบไปยังนิวเคลียสที่มีประจุบวกของโปรตอนและ (ยกเว้นไฮโดรเจน) นิวตรอน
เนื่องจากอะตอมไม่มีอยู่อย่างโดดเดี่ยวและแทนที่จะรวมตัวเป็นโมเลกุลโดยรวมกับอะตอมอื่นแนวคิดของอิเลคโตรเนกาติวีตี้จึงมีความสำคัญเพราะมันจะกำหนดลักษณะของพันธะระหว่างอะตอม อะตอมเข้าร่วมกับอะตอมอื่นผ่านกระบวนการแบ่งปันอิเล็กตรอน แต่สิ่งนี้สามารถดูได้มากขึ้นในฐานะเกมลากจูงของสงครามที่ไม่สามารถแก้ไขได้: อะตอมยังคงถูกผูกมัดด้วยกันเพราะในขณะที่อะตอมไม่ชนะ ทำให้อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันของพวกเขาซูมรอบจุดที่กำหนดค่อนข้างดีระหว่างพวกเขา
โครงสร้างของอะตอม
อะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนซึ่งประกอบขึ้นเป็นศูนย์กลางหรือนิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอนซึ่ง "โคจร" นิวเคลียสค่อนข้างจะคล้ายกับดาวเคราะห์น้อยมากหรือดาวหางที่หมุนรอบด้วยความเร็วรอบดวงอาทิตย์ โปรตอนมีประจุเป็นบวก 1.6 x 10-19 คูลอมบ์หรือซีในขณะที่อิเล็กตรอนมีประจุลบที่มีขนาดเท่ากัน อะตอมมักมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนจำนวนเท่ากันทำให้เป็นกลางทางไฟฟ้า โดยปกติอะตอมจะมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเท่ากัน
อะตอมชนิดหนึ่งหรือหลายชนิดเรียกว่าองค์ประกอบถูกกำหนดโดยจำนวนของโปรตอนที่มันเรียกว่าหมายเลขอะตอมขององค์ประกอบนั้นไฮโดรเจนที่มีหมายเลขอะตอม 1 มีโปรตอนหนึ่งอัน ยูเรเนียมซึ่งมี 92 โปรตอนนั้นเป็นเลข 92 ตามลำดับในตารางธาตุ (ดูแหล่งข้อมูลสำหรับตัวอย่างของตารางธาตุเชิงโต้ตอบ)
เมื่ออะตอมผ่านการเปลี่ยนแปลงจำนวนของโปรตอนมันจะไม่เป็นองค์ประกอบเดียวกันอีกต่อไป เมื่ออะตอมได้รับหรือสูญเสียนิวตรอนก็จะยังคงเป็นองค์ประกอบเดิม แต่เป็น ไอโซโทป จากรูปแบบดั้งเดิมที่เสถียรที่สุดทางเคมี เมื่ออะตอมได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน แต่อย่างใดก็ยังคงเหมือนเดิมมันจะถูกเรียกว่า ไอออน.
อิเล็กตรอนซึ่งอยู่บนขอบทางกายภาพของการจัดเรียงด้วยกล้องจุลทรรศน์เหล่านี้เป็นองค์ประกอบของอะตอมที่มีส่วนร่วมในการยึดติดกับอะตอมอื่น
ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับพันธะเคมี
ความจริงที่ว่านิวเคลียสของอะตอมนั้นมีประจุบวกในขณะที่อิเล็กตรอนที่อยู่รอบ ๆ ขอบทางกายภาพของอะตอมนั้นมีประจุลบจะเป็นตัวกำหนดวิธีการที่อะตอมแต่ละอะตอมมีปฏิสัมพันธ์กัน เมื่ออะตอมสองอะตอมอยู่ใกล้กันมากพวกมันจะผลักกันซึ่งไม่ว่าองค์ประกอบใดจะเป็นตัวแทนเพราะอิเล็กตรอนของพวกมันจะ“ เผชิญหน้า” กันก่อนและประจุลบจะผลักดันประจุลบอื่น ๆ นิวเคลียสของตนในขณะที่ไม่ได้อยู่ใกล้กันเหมือนอิเล็กตรอนก็ผลักกัน เมื่ออะตอมอยู่ห่างกันพอสมควรอย่างไรก็ตามพวกมันมักจะดึงดูดซึ่งกันและกัน (ไอออนตามที่คุณจะเห็นในไม่ช้าจะมีข้อยกเว้น; ไอออนที่มีประจุบวกสองตัวจะขับไล่กันและกันเสมอและเหมือนกันสำหรับประจุลบที่มีประจุลบ) นี่ก็หมายความว่าในระยะที่สมดุลสมดุลกองกำลังที่น่าดึงดูดและขับไล่และอะตอม จะยังคงอยู่ในระยะห่างนี้เว้นแต่จะถูกรบกวนจากกองกำลังอื่น
พลังงานที่อาจเกิดขึ้นในคู่อะตอม - อะตอมถูกกำหนดเป็นค่าลบหากอะตอมถูกดึงดูดซึ่งกันและกันและเป็นบวกถ้าอะตอมมีอิสระที่จะย้ายออกจากกันและกัน ที่ระยะทางสมดุลพลังงานศักย์ระหว่างอะตอมมีค่าต่ำสุด (กล่าวคือเป็นลบมากที่สุด) สิ่งนี้เรียกว่าพลังงานพันธะของอะตอมที่มีปัญหา
พันธะเคมีและ Electronegativity
ความหลากหลายของประเภทพันธะอะตอมพริกไทยพริกไทยภูมิทัศน์ของเคมีโมเลกุล สิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์ปัจจุบันคือพันธะไอออนิกและพันธะโควาเลนต์
อ้างถึงการสนทนาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับอะตอมที่มีแนวโน้มที่จะผลักกันอย่างใกล้ชิดเป็นหลักเนื่องจากการทำงานร่วมกันระหว่างอิเล็กตรอนของพวกเขา มันก็ยังตั้งข้อสังเกตว่าไอออนที่มีประจุคล้ายกันจะผลักกันไม่ว่าอะไรก็ตาม ถ้าไอออนคู่หนึ่งมีประจุตรงข้ามกัน - นั่นคือถ้าอะตอมหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนไปเป็นประจุ +1 ในขณะที่อีกอะตอมได้รับอิเล็กตรอนมาเป็นประจุ -1 - อะตอมทั้งสองนั้นจะดึงดูดกันอย่างมาก อื่น ๆ ประจุสุทธิของอะตอมแต่ละตัวจะกำจัดสิ่งที่มีผลต่อการขับไล่อิเล็กตรอนที่พวกมันมีอยู่และอะตอมก็จะมีพันธะ เนื่องจากพันธะเหล่านี้อยู่ระหว่างไอออนพวกมันจึงถูกเรียกว่าพันธะไอออนิก เกลือแกงประกอบด้วยโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) และเป็นผลมาจากอะตอมโซเดียมที่มีประจุบวกเชื่อมกับอะตอมคลอรีนที่มีประจุลบเพื่อสร้างโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเป็นตัวอย่างของพันธะประเภทนี้
พันธะโควาเลนต์เป็นผลมาจากหลักการเดียวกัน แต่พันธบัตรเหล่านี้ไม่แข็งแรงเท่าที่ควรเนื่องจากมีกองกำลังแข่งขันที่มีความสมดุลมากกว่า ตัวอย่างเช่นน้ำ (H2O) มีพันธะไฮโดรเจนไฮโดรเจนออกซิเจนสองพันธะ เหตุผลที่ว่าทำไมพันธบัตรเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นเพราะอิเล็กตรอนวงโคจรรอบนอกของอะตอม "ต้องการ" เพื่อเติมเต็มด้วยอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่ง จำนวนนั้นแตกต่างกันระหว่างองค์ประกอบและการใช้อิเล็กตรอนร่วมกับอะตอมอื่นเป็นวิธีการที่จะทำให้ได้สิ่งนี้แม้ว่าจะหมายถึงการเอาชนะเอฟเฟ็กต์ขับไล่เจียมเนื้อเจียมตัว โมเลกุลที่รวมพันธะโควาเลนต์อาจเป็นขั้วซึ่งหมายความว่าแม้ว่าประจุสุทธิของพวกมันจะเป็นศูนย์ แต่บางส่วนของโมเลกุลก็มีประจุบวกที่สมดุลด้วยประจุลบที่อื่น
ค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้และตารางธาตุ
สเกลพอลลิ่งใช้ในการพิจารณาว่าองค์ประกอบที่กำหนดด้วยไฟฟ้าเป็นอย่างไร (ขนาดนี้ใช้ชื่อมาจากนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลปลายปี Linus Pauling) ยิ่งมีมูลค่าสูงเท่าไหร่อะตอมก็ยิ่งอยากดึงดูดอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองมากขึ้นในสถานการณ์ที่ให้พันธะโควาเลนต์
องค์ประกอบอันดับสูงสุดในสเกลนี้คือฟลูออรีนซึ่งกำหนดค่า 4.0 อันดับต่ำสุดคือองค์ประกอบที่ค่อนข้างคลุมเครือซีเซียมและแฟรนเซียมซึ่งเช็คอินที่ 0.7 "ไม่สม่ำเสมอ" หรือพันธบัตรโควาเลนต์โพลาร์เกิดขึ้นระหว่างองค์ประกอบที่มีความแตกต่างใหญ่ ในกรณีเหล่านี้อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะอยู่ใกล้กับอะตอมหนึ่งมากกว่าอะตอมอื่น ถ้าอะตอมทั้งสองของพันธะธาตุสัมพันธ์กันเช่นเดียวกับ O2 โมเลกุลอะตอมมีความเท่าเทียมกันอย่างเห็นได้ชัดในอิเล็กโตรเนกาติวีตี้และอิเล็กตรอนอยู่ห่างจากนิวเคลียสเท่ากัน นี่คือพันธะที่ไม่ใช่ขั้ว
ตำแหน่งขององค์ประกอบในตารางธาตุเสนอข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับอิเล็กโตรเนกาติตี้ ค่าของอิเลคโตรเนกาติวีตี้องค์ประกอบเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวารวมถึงจากล่างขึ้นบน ตำแหน่งฟลูออรีนอยู่ใกล้ด้านบนขวาทำให้มั่นใจได้ว่ามีค่าสูง
งานเพิ่มเติม: อะตอมผิว
เช่นเดียวกับฟิสิกส์อะตอมโดยทั่วไปสิ่งที่เป็นที่รู้จักมากเกี่ยวกับพฤติกรรมของอิเล็กตรอนและพันธะคือในขณะที่สร้างการทดลองทางทฤษฎีส่วนใหญ่ในระดับของอนุภาคอะตอมแต่ละอะตอม การทดลองเพื่อตรวจสอบว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวกำลังทำอะไรอยู่เป็นปัญหาทางเทคนิคเช่นเดียวกับการแยกอะตอมแต่ละตัวที่มีอิเล็กตรอนเหล่านั้น ในการทดลองเพื่อทดสอบอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ค่านิยมมาจากความจำเป็นทำให้ค่าเฉลี่ยของอะตอมแต่ละตัวมีค่ามาก
ในปี 2560 นักวิจัยสามารถใช้เทคนิคที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์แรงอิเล็กทรอนิกเพื่อตรวจสอบอะตอมเดี่ยวบนพื้นผิวของซิลิกอนและวัดค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการประเมินพฤติกรรมพันธะของซิลิกอนกับออกซิเจนเมื่อองค์ประกอบทั้งสองอยู่ห่างกัน ในขณะที่เทคโนโลยียังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องในวิชาฟิสิกส์ความรู้ของมนุษย์เกี่ยวกับอิเล็กโตรเนกาติตี้จะเพิ่มขึ้นอีก