新浪博客

稀有气体元素的电负性

2017-11-03 16:38阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2242796395

稀有气体元素的电负性
电负性是一个相当重要的，在讨论分子性质时常用到的，可以定量化的化学概念。由于其研究者观察事物的角度不同，所用的物理模型不同，就有了多种不同的标度方法。
作为一名化学教师，为了知道这些主要电负性标度方法间的区别，本人当年查看过一些常见的资料（可惜当时未记下出处），还特别关注了一下稀有气体元素的电负性。
很愿意将这些知识与自己的一些看法，在这里与大家分享。
一、鲍林电负性标度
电负性的概念，是由鲍林最先提出来的。
他定义，电负性是元素的原子在分子中吸引电子的能力。
他认为，成键两原子的电负性差值越大，则键的极性（离子性）越强。这时，键的能量也比理想的共价键（纯共价键、非极性键）的能量更低一些。这一能量的偏离值，应与电负性差值有某种平行关系。
鲍林假定，共价键A-B的键能D(A-B)，与A-A键的键能D(A-A)和B-B键的键能D(B-B)间的算数平均值间，有一个差值。这个差值，与原子吸引电子的能力有关。

如用数学的语言来描述，用ΔE来表示这个能量的差值。就有，
稀有气体元素的电负性
他发现， 稀有气体元素的电负性具有可加和性。遂提出经验公式 稀有气体元素的电负性。
用这两个公式，在已知各种化学键键能的情况下，再规定出B元素的电负性xB的值，那么另一元素A的电负性xA就可以被计算出来。
鲍林的这种算数平均值假设，对大多数化学键来说是适用的。但对碱金属的氢化物MH有很大的偏差。于是鲍林又提出了几何平均假说。
稀有气体元素的电负性
这样， 稀有气体元素的电负性。其能量的量纲是“千卡/摩尔”。
鲍林建立其电负性标度的过程为：
先用几何平均值，对一部分元素求 稀有气体元素的电负性，并加以修正，得出“xA-xB”的值。再定xH的电负性为2.05（为使C到F的电负性在2.5-4.0之间）。这样就可以得出一部分非金属元素的电负性。
如，C-C、H-H、C-H的键能分别为，348、436、412kJ·mol-1。换算为“千卡/摩尔”后的数值是83.2、104.2、98.5。
可计算出， 稀有气体元素的电负性，及 稀有气体元素的电负性。
这样，定xH=2.05，就有xC=ΔE'+xH=0.42+2.05=2.47。
当非金属元素的电负性计算出来后，就可以据算术平均假设，用生成焓的数据，求其它元素的电负性了。
鲍林是用热化学函数键能来计算元素电负性的，故被称作“热化学电负性”。
因稀有气体不能生成A-A键（都是单原子分子），也难与其它元素结合生成A-B键。所以是无法计算出稀有气体元素电负性的。也就是说在鲍林所给出的电负性数据表中，不会有稀有气体元素的电负性数值。
这样，鲍林电负性表就有了两种不同的表现形式。
一种是，给出了稀有气体的位置，但是其数据栏为空白。且有说明“鲍林按任意标度指定各种元素的电负性由0至4”。这就很容易给人一种错觉，稀有气体的电负性是不是为0呢？[1]
还有一种表示方法是，表中的数据以周期表的形式给出，但没有稀有气体的位置。
并归纳出，“周期系中每周期元素从左到右的电负性都随原子序数增加而逐渐变大”。有的学生可能会想到，稀有气体的电负性是否会更大呢？
还归纳出“对每一主族元素，从上到下随原子半径的减小，电负性要减小”。进而得出“这样一来，电负性最高的元素是周期表右上角的氟，电负性最低的元素是周期表左下角的钫”。有的学生可能会想到，稀有气体的电负性是否会在氟与钫之间呢？
所以教师一定要强调，这是在“不考虑稀有气体电负性”的情况下得出的一个变化趋势。
还要注意的是，上述的这些规律都是电负性数值的一个大致的变化趋势。即便是在主族元素中，与这两个规律有偏离的情况，也不是“个别”的现象。如位于第六周期的主族元素Tl(2.04)、Pb(2.33)、Bi(2.02)、Po(2.0)，就不是单纯的线性变大。在ⅢA族的B(2.04)、Al(1.61)、Ga(1.81)、In(1.78)、Tl(2.04)中，也不是在依次变小。在ⅣA族的C(2.55)、Si(1.90)、Ge(2.01)、Sn(1.96)、Pb(2.33)中，也不是在依次的变小。[2]
这就要求教师，一是，不能把这种变化说的太绝对。
还要指出，这只是主族元素的一个大致的变化规律。副族元素电负性数值的变化情况比这要复杂的多。
二、阿莱-罗周电负性标度
这是一个建立在，原子核与成键电子间，静电作用基础上的电负性标度。
用Z*e表示，原子核作用于一个外层电子上的有效荷电荷。其中的Z*可以根据原子序数Z、和其它电子对选定电子的屏蔽作用σ，从理论上推算出来，Z*=（Z-σ）。用r表示原子的共价半径。e表示一个电子所带的电荷。根据库伦定律，原子核对该电子的引力是， 稀有气体元素的电负性。
由该方程得到的是该原子的电负性绝对值，但与鲍林电负性在数值上有很明显的不同，为能与鲍林的电负性吻合，要引入两个常数。于是就有了，
稀有气体元素的电负性 这就是计算元素电负性的阿莱-罗周公式。其中Z*的单位为电荷数，r的单位为埃。
对氟的一个原子来说，r=0.72，Z*=9-2×1.00-2×0.35-5×0.31=4.75。
这样就有， 稀有气体元素的电负性。
由于稀有气体元素的电子构型都是已知的，其共价半径也可以被推算出来。这样稀有气体元素的电负性就是可以计算的了。
在阿莱-罗周的电负性数据表中，确实是有稀有气体元素电负性数值的：
He-3.2、Ne-5.1、Ar-3.3、Kr-3.1、Xe-2.4。
让人们感到意外的是，它们都大于同周期的其它元素。且在Ne处有一极大值。
按照一般的常识，这样计算出来的数值，对稀有气体来说，只应该理解为是，原子核对其外层电子的把持能力。其吸引电子的能力是不是，要在原有原子的基础上再加上一个电子（成R-离子），再来这样计算才好呢？
三、密立根电负性标度
密立根在同时考虑原子的电离能和电子亲和能的基础上，提出了电负性的标度方法。它认为元素的电负性应该，与原子电离能和电子亲和能之和，成正比。即 稀有气体元素的电负性
为使Li的电负性x=1，当式中的I与E以电子伏特为单位时，比例系数k应该取值为0.18。
故有计算公式， 稀有气体元素的电负性。
如，对氟原子，有x=0.18(17.42+4.03)=3.86。
由这个方程得到的也是该原子的电负性绝对值。
按这一标度，在电离能和电子亲和能均有较准确数值的情况下，稀有气体的电负性数值也是可以计算出来的。用上式计算出的数值为：
元素
 E/ev
 I/ev
 x
He
 -0.53
 24.58
 4.33
Ne
 -0.20
 21.56
 3.84
Ar
 -1.0
 15.76
 2.66
对这部分稀有气体来说，随原子序数的增大电负性要依次减小。且Ne与Ar虽然都有较大的数值，但是都小于同周期的F与Cl。
这一数据也是难于与化学事实吻合的。
从几个稀有气体元素计算所用的数据也不难看出，其极大的电离能（是电子亲和能的几十倍），对计算结果起到了决定性的作用。这个模型表现的是防止电子被夺走的能力，而吸引电子的能力几乎没有什么体现。也是不能令人满意的。
总之，在这三种电负性标度中，要么没有、要么没有很好地给出稀有气体电负性的理想数值。这是电负性理论还不够成熟的表现。
在这一情况下试图就整个元素周期表来讨论，同一周期内元素电负性的变化情况，还为时过早。要排除掉稀有气体。
指出所有元素中电负性的极大值和极小值也比较武断。
认为稀有气体的电负性是零，更是错误的。
参考文献
[1] [英]J.G.斯塔克. H.G.华莱士著. 化学数据手册. 石油工业出版社. 1980年
[2] 北京师范大学等校. 无机化学（第三版）. 高等教育出版社. 1992年

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享