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Elektronegativität

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Elektronegativität (Abkürzung EN; Formelzeichen \({\displaystyle \chi }\) (griechisch Chi)) ist ein relatives Maß für die Fähigkeit eines Atoms, in einer chemischen Bindung Elektronenpaare an sich zu ziehen.[1] Sie wird unter anderem von der Kernladung und dem Atomradius bestimmt. Die Elektronegativität kann daher als Anhaltspunkt für die Polarität und den Ionenbindungscharakter einer Bindung genommen werden: Je höher der Unterschied in der Elektronegativität der gebundenen Elemente, desto polarer ist die Bindung.

Atome mit hoher Elektronegativität bezeichnet man auch als elektronegativ, solche mit geringer Elektronegativität als elektropositiv. Die Elektronegativität ist umso größer, je weniger Elektronen auf der Außenschale zur Edelgaskonfiguration fehlen, weil diese „Lücken“ leicht aufgefüllt werden können. Sie nimmt daher in der Regel innerhalb einer Elementperiode von links nach rechts zu, da die Kernladungszahl höher wird. Innerhalb einer Elementgruppe nimmt sie von oben nach unten ab, hauptsächlich weil der Abstand zum Kern immer größer wird. Die Anziehungskraft des Kerns auf die Elektronen wird dadurch kleiner.

Nichtmetalle sind stärker elektronegativ und nehmen daher bevorzugt Elektronen auf. Metalle sind schwach elektronegativ und geben Elektronen ab. Edelgase besitzen keine Elektronegativität, weil sie sich bereits in einem sehr stabilen Zustand befinden.

Inhaltsverzeichnis

Bestimmung


Es existieren verschiedene Methoden zur Bestimmung der EN. Die Hauptschwierigkeit dabei ist, dass sich die EN auf das Verhalten eines bestimmten Atoms in einem Atomverband – in einer Einfachbindung – bezieht und nicht auf einzelne, voneinander isolierte Atome im Gaszustand (wie die Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität), und dass sie in hohem Maß von der Art und der Anzahl der mit dem betreffenden Atom sonst noch verbundenen Atome abhängt. Durch Berechnung der Elektronegativitätsdifferenz zwischen möglichen Reaktionspartnern lassen sich jedoch unter Zuhilfenahme von Faustregeln Aussagen zur Heftigkeit aktivierter Reaktionen und zur chemischen Bindung der dadurch entstehenden Stoffe treffen.

Einteilungssysteme


Das Elektronegativitätsmodell wurde 1932 durch Linus Pauling eingeführt und später mehrmals verfeinert. Heute finden neben der Pauling-Skala auch die Skalen von Allred-Rochow und Mulliken Verwendung.

Allred-Rochow-Skala

Die Elektronegativität nach Albert L. Allred und Eugene G. Rochow (1958)[2] wird oft auch mit \({\displaystyle c_{AR}}\) oder \({\displaystyle \chi _{AR}}\) bezeichnet.

Die Skala beruht auf der Überlegung, dass die Elektronegativität proportional zur elektrostatischen Anziehungskraft F ist, die die Kernladung Z auf die Bindungselektronen (von inneren Elektronen abgeschirmt) ausübt:

\({\displaystyle F\sim {\frac {e^{2}\cdot Z_{\rm {eff}}}{r^{2}}}}\)

wobei r der Atomradius, e die Elementarladung und \({\displaystyle Z_{\rm {eff}}}\) die effektive Kernladungszahl ist.

Allred-Rochow-Werte der Elektronegativität im Periodensystem der Elemente
IUPAC-Gruppe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Periode
1 H
2,20
He
2 Li
0,97
Be
1,47
B
2,01
C
2,50
N
3,07
O
3,50
F
4,17
Ne
3 Na
1,01
Mg
1,23
Al
1,47
Si
1,74
P
2,06
S
2,44
Cl
2,83
Ar
4 K
0,91
Ca
1,04
Sc
1,20
Ti
1,32
V
1,45
Cr
1,56
Mn
1,60
Fe
1,64
Co
1,70
Ni
1,75
Cu
1,75
Zn
1,66
Ga
1,82
Ge
2,02
As
2,20
Se
2,48
Br
2,74
Kr
5 Rb
0,89
Sr
0,99
Y
1,11
Zr
1,22
Nb
1,23
Mo
1,30
Tc
1,36
Ru
1,42
Rh
1,45
Pd
1,30
Ag
1,42
Cd
1,46
In
1,49
Sn
1,72
Sb
1,82
Te
2,01
I
2,21
Xe
6 Cs
0,86
Ba
0,97
La
1,10
Hf
1,23
Ta
1,33
W
1,40
Re
1,46
Os
1,52
Ir
1,55
Pt
1,44
Au
1,42
Hg
1,44
Tl
1,44
Pb
1,55
Bi
1,67
Po
1,76
At
1,96
Rn
7 Fr
0,86
Ra
0,97
Ac
 
Rf
 
Db
 
Sg
 
Bh
 
Hs
 
Mt
 
Ds
 
Rg
 
Cn
 
Nh
 
Fl
 
Mc
 
Lv
 
Ts
 
Og
 

Mulliken-Skala

In der Mulliken-Skala (1934 von Robert S. Mulliken vorgeschlagen) wird die Elektronegativität als Mittelwert aus der Ionisierungsenergie \({\displaystyle E_{I}}\) und der Elektronenaffinität \({\displaystyle E_{\rm {ea}}}\) (electron affinity) berechnet:[3]

\({\displaystyle \chi _{\rm {M}}={\frac {E_{\rm {ea}}+E_{I}}{2}}}\)

Diese Energie wird in Elektronenvolt angegeben.[1][3]

Mit folgender Formel kann die Mulliken-Skala recht gut an die Pauling-Skala angepasst werden:[3]

\({\displaystyle \chi _{P}=1{,}35\,\chi _{M}^{1/2}-1{,}37}\)

Es sind auch andere Umrechnungsformeln in Gebrauch, wie zum Beispiel die lineare Formel:[4][5]

\({\displaystyle \chi _{P}=0.336\left(\chi _{M}-0,615\right)}\)

Pauling-Skala

Das Pauling-Modell beruht auf der Elektronegativitätsdifferenz zweier Atome A und B als Maß für den ionischen Anteil ihrer Bindung A-B.[1] Sie setzt die Kenntnis der experimentell ermittelten Bindungsdissoziationsenergien der Moleküle A–B, A2 und B2 voraus.

Die Elektronegativitätsdifferenz zweier Atome A und B ergibt sich gemäß:

\({\displaystyle D_{AB}-{\sqrt {D_{AA}D_{BB}}}=96{,}48~{\frac {\rm {kJ}}{\rm {mol}}}(\chi _{A}-\chi _{B})^{2}}\)

Zur Berechnung der dimensionslosen Elektronegativitätswerte der chemischen Elemente aus der Differenz wurde für Fluor der Wert \({\displaystyle \chi _{F}=3{,}98}\) als Referenzpunkt festgelegt.

In der Literatur finden sich oft unterschiedliche Werte für die EN nach Pauling, was auf folgende Gründe zurückzuführen ist:

  1. Die Bindungsdissoziationsenergien sind für manche Elemente bzw. Verbindungen experimentell schwer zugänglich.
  2. Früher verwendete Referenzwerte waren \({\displaystyle \chi _{F}=4{,}00}\) und \({\displaystyle \chi _{H}=2{,}10}\).
  3. Statt des geometrischen Mittels \({\displaystyle {\sqrt {D_{AA}D_{BB}}}}\) wurde früher auch das arithmetische Mittel \({\displaystyle {\tfrac {D_{AA}+D_{BB}}{2}}}\) verwendet.
  4. Schließlich finden sich in der Literatur unterschiedliche Werte für den Proportionalitätsfaktor.
Pauling-Werte der Elektronegativität im Periodensystem der Elemente[6]
IUPAC-Gruppe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Periode
1 H
2,2
He
[7]
2 Li
0,98
Be
1,57
B
2,04
C
2,55
N
3,04
O
3,44
F
3,98
Ne
[7]
3 Na
0,93
Mg
1,31
Al
1,61
Si
1,9
P
2,19
S
2,58
Cl
3,16
Ar
[7]
4 K
0,82
Ca
1
Sc
1,36
Ti
1,54
V
1,63
Cr
1,66
Mn
1,55
Fe
1,83
Co
1,88
Ni
1,91
Cu
1,9
Zn
1,65
Ga
1,81
Ge
2,01
As
2,18
Se
2,55
Br
2,96
Kr
3,0[8][9]
5 Rb
0,82
Sr
0,95
Y
1,22
Zr
1,33
Nb
1,6
Mo
2,16
Tc
1,9
Ru
2,2
Rh
2,28
Pd
2,2
Ag
1,93
Cd
1,69
In
1,78
Sn
1,96
Sb
2,05
Te
2,1
I
2,66
Xe
2,6[8][9]
6 Cs
0,79
Ba
0,89
La*
1,1
Hf
1,3
Ta
1,5
W
2,36
Re
1,9
Os
2,2
Ir
2,2
Pt
2,2
Au
2,4
Hg
1,9
Tl
1,8
Pb
1,8
Bi
1,9
Po
2
At
2,2
Rn
[7]
7 Fr
0,7
Ra
0,9
Ac**
1,1
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Nh
Fl
Mc
Lv
Ts
Og
Lanthanoide *
 
La
1,1
Ce
1,12
Pr
1,13
Nd
1,14
Pm
1,1[10]
Sm
1,17
Eu
1,2[10]
Gd
1,2
Tb
1,1[10]
Dy
1,22
Ho
1,23
Er
1,24
Tm
1,25
Yb
1,1[10]
Lu
1,27[10]
Actinoide **
 
Ac
1,1
Th
1,3
Pa
1,5
U
1,38
Np
1,3
Pu
1,28[10]
Am
1,13[10]
Cm
1,28[10]
Bk
1,3[10]
Cf
1,3[10]
Es
1,3[10]
Fm
1,3[10]
Md
1,3[10]
No
1,3[10]
Lr
1,3[10]

Andere Elektronegativitäts-Skalen

Nach Leland C. Allen wird die Elektronegativität aus dem Energiezustand der Valenzelektronen berechnet, was eine spektroskopische Bestimmung erlaubt. R. T. Sanderson führt die Elektronegativität wie Allred und Rochow auf die effektive Kernladung zurück.

Fußnoten und Einzelnachweise


  1. a b c Eintrag zu electronegativity. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.E01990 Version: 2.1.5.
  2. A. L. Allred, E. G. Rochow: A scale of electronegativity based on electrostatic force. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 5, 1958, S. 264, doi:10.1016/0022-1902(58)80003-2.
  3. a b c Peter W. Atkins und Julio de Paula: Physikalische Chemie. 5. Auflage. Wiley-VCH-Verl, Weinheim 2013, ISBN 978-3-527-33247-2, S. 410.
  4. Steven G. Bratsch.: Revised Mulliken Electronegativities. In: Journal of chemical education. 65. Auflage. Nr. 1, 1988, S. 38.
  5. Mitunter werden auch andere numerische Parameter in der Umrechnungsformel verwendet (ebenda).
  6. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Molecular Structure and Spectroscopy, S. 9-98.
  7. a b c d Für die Pauling-Skala nicht bestimmt, vgl.
    L. C. Allen, J. E. Huheey: The definition of electronegativity and the chemistry of the noble gases. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. Band 42, 1980, S. 1523–1524, doi:10.1016/0022-1902(80)80132-1 .
    T. L. Meek: Electronegativities of the Noble Gases. In: Journal of chemical education. Band 72, Nr. 1, 1995, S. 17–18.
  8. a b L. C. Allen, J. E. Huheey: The definition of electronegativity and the chemistry of the noble gases. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. Band 42, 1980, S. 1523–1524, doi:10.1016/0022-1902(80)80132-1 .
  9. a b T. L. Meek: Electronegativities of the Noble Gases. In: Journal of chemical education. Band 72, Nr. 1, 1995, S. 17–18.
  10. a b c d e f g h i j k l m n o Elektronegativität (Tabellarische Übersicht) . uniterra.de. Abgerufen am 18. Juli 2012.

Literatur


Bücher

Zeitschriftenaufsätze

Weblinks


Wiktionary: Elektronegativität – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen



Kategorien: Chemische Bindung | Chemische Größe

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