Электроотрицательность элементов – основы материаловедения

April 19, 2013 by admin Комментировать »

Одной из принципиальных особенностей химических соединений по сравнению с элементами является их гетерополярность. Компоненты соединения обладают разной способность отдавать и присоединять валентные электроны. Эта способность характеризуется электроотрицатель

ностью атома X. Атом B при взаимодействии с атомом A может захватить у него электрон, а при взаимодействии с атомом C отдать ему свой электрон. По величине электроотрицательности атомы при этом располагаются в ряд: A<B<C. Электроотрицательностью атома принято называть полусумму потенциала ионизации I и энергии сродства атома к электрону E (шкала электроотрицательностей по Малликену):

X = (I + E)/2.                                   (2.7)

Первый потенциал ионизации I атома равен энергии, необходимой для отрыва его  первого валентного электрона от атома. Сродством атома к электрону называется способность атомов присоединять добавочный электрон и превращаться в отрицательный ион.12  Мерой сродства атома к электрону является энергия электронного сродства, равная разности энергии атома в основном состоянии и энергии основного состояния соответствующего отрицательного иона. Энергия сродства атома к электрону для устойчивого отрицательного иона положительна.

Потенциалы ионизации измеряются методом фотоионизации и спектроскопическими методами. Обычно потенциал ионизации выражают в электрон-вольтах (эВ), отнесенных к одному атому. Для экспериментального определения величины сродства атома к электрону существуют такие прямые методы, как метод фотоэлектронной эмиссии, метод захвата электронов и др; кроме того, ее можно вычислить из известных энергий решеток ионных кристаллов. Выражается энергия сродства атома к электрону, как правило, также в эВ.

Если расположить элементы в ряд по электроотрицательности, то этот ряд начнется с наименее электроотрицательных элементов, то есть наиболее склонных к образованию положительных ионов (щелочные металлы, для которых I и E малы). На другом конце этого ряда будут наиболее электроотрицательные элементы, то есть наиболее легко образующие отрицательно заряженные ионы (галогены, для которых I и E велики).

Следует отметить, что в то время как потенциалы ионизации могут быть определены с большой степенью точности, энергия сродства атома к электрону не всегда может быть определена с высокой надежностью. Для построения практической шкалы электроотрицательностей элемен

12 Статического электрического поля нейтрального атома недостаточно для того, чтобы атом смог принять дополнительный электрон, однако этот электрон наводит в атоме электрический дипольный момент, в результате чего возникает потенциал притяжения, действующий на больших расстояниях. Во многих случаях этот поляризационный потенциал достаточно велик для того, чтобы свободный атом смог присоединить добавочный электрон.

тов поэтому применяются условные единицы, значения которых выводят следующим образом (шкала электроотрицательностей по Полингу).

Рассмотрим два сорта атомов A и B. Пусть когда одинаковые атомы A или B соединяются в молекулы, то между ними образуется ковалентная связь. Обозначим энергию связи в таких молекулах DAA и DBB. Если ковалентная связь образуется между разнородными атомами A и B, то энергию связи DAB для молекулы AB можно, вообще говоря, представить как среднее энергий связей DAA и DBB DAB = (DAA + DBB)/2. Однако опыт показывает, что DAB фактически больше этой величины,

то есть DAB − (DAA + DBB)/2 = ∆ > 0.13  Причина этого несоответствия

заключается в поляризации связи, то есть образовании положительно и отрицательно заряженных ионов Aq∗+   и Bq∗ −, между которыми возникает кулоновское взаимодействие. Появляется ионная составляющая в энергии связи — ∆. Л. Полинг установил, что по мере увеличения разности электроотрицательностей ∆X = XA XB  между атомами A и B

увеличивается и ∆. Кроме того, он выразил параметр ∆ через разность

электроотрицательностей взаимодействующих атомов следующим образом: ∆ (эВ) ∼ (XA XB)2. Согласно этой формуле, вклад в ∆ дает только

разность электроотрицательностей атомов A и B, а абсолютные значения XA  и XB  не являются определяющими. Они могут выражаться в относительных единицах. В периодической таблице элементов значение X = 1 приписано атому лития, а для остальных элементов значения X найдены из известных разностей ∆X.

На рис. 2.19 приведены значения электроотрицательностей элементов по шкале Полинга. Видно, что электроотрицательность элементов в периодической таблице слева направо и снизу вверх (в основном) растет. При движении слева направо в рамках одного периода и снизу вверх в пределах группы совершенно отчетливо проявляется тенденция к накоплению металлоидных свойств, то есть по мере роста электроотрицательности X сродство электрона к атому увеличивается и облегчается образование аниона.

Следует иметь в виду, что шкала Полинга, также как и шкала Малликена, не является универсальной. Существуют и другие шкалы электроотрицательностей. Естественно, что абсолютные значения электроотрицательностей и даже порядок их расположения на разных шкалах может быть различным. Тем не менее понятие электроотрицательности элементов используется, главным образом для оценки степени ионности

13Истинные энергии связи в двухатомных молекулах равны энергиям диссоциации молекулы на атомы и могут быть определены термохимическими или спектроскопическими методами.

Рис. 2.19. Электроотрицательность некоторых элементов по шкале Полинга [20].

рассматриваемой связи, когда имеет значение только разность электроотрицательностей. На практике наиболее широко используется шкала, предложенная Полингом.

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты