9.7: 電気陰性度

結合が非極性共有結合であるか極性共有結合であるかは、結合する原子の電気陰性度という性質によって決まります。

元素の電気陰性度は、20世紀を代表する化学者の一人であるライナス・ポーリングによって提唱されました。ポーリングは、水素とフッ化物のような異核分子の結合を切るときに必要なエネルギーを調べました。その値から、結合を切るのに必要なエネルギーは、H₂の結合エネルギー（436kJ/mol）とF₂の結合エネルギー（155kJ/mol）の平均値、すなわち296kJ/molになると提唱しました。しかし、実験的に得られたHFの結合エネルギーは565kJ/molであり、予測値よりもはるかに高い値でした。この違いを説明するために、ポーリングは、その結合が、電子陰性度の概念によって決定されるイオン的な性質を持たなければならないと提案しました。

電気陰性度とは、原子が自分の方に電子を引き寄せる性質（電子密度）を示す指標です。

電気陰性度は、結合している2つの原子の間で共有される電子がどのように分配されるかを決定します。電子を引き付ける力が強いほど、その原子の電気陰性度は大きいです。極性共有結合の電子は、電気陰性度の高い原子の方に移動するため、電気陰性度の高い原子が部分的に負電荷を持つことになります。電気陰性度の差が大きいほど、電子分布の偏りが大きくなり、原子の部分電荷が大きくなります。

電気陰性度と周期表

• 電気陰性度は、周期表の左から右に向かって増加し、族の下に向かって減少します。
• ポーリングが導き出した電気陰性度の値は、予測可能な周期的傾向に従っており、電気陰性度が高いほど周期表の右上に向かっています。
• そのため、右上に位置する非金属は最も電気陰性度が高い傾向にあり、すべての元素の中でフッ素は最も電気陰性度の高い元素です（EN=4.0）。
• 金属は電気陰性度の低い元素である傾向があり、1族金属は最も電気陰性度が低いです。
• 貴ガスは、完全な価電子殻を持ち、通常、他の原子と電子を共有しないため、電気陰性度のリストから除外されています。(XeO₂のような希ガス化合物は存在するが、極端な条件下でしか形成されないため、一般的な電気陰性度のモデルにはうまく当てはまらない)。

電気陰性度と電子親和力

電気陰性度と電子親和力を混同しないように注意してください。元素の電子親和力は、測定可能な物理量です。それは、すなわち、孤立した気相原子が電子を獲得する際に放出または吸収されるエネルギーであり、単位はkJ/molです。一方、電子陰性度とは、原子が結合の際にどれだけ強く電子を引きつけるかを表します。これは大きさのない量で、測定ではなく計算で求められます。ポーリングは、さまざまな種類の結合を切断するのに必要なエネルギー量を比較することで、最初の電気陰性度の値を導き出しました。彼は、0から4までの任意の相対尺度を選びました。

本書は 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 7.2 Coalent Bonding から引用したものです。

非金属は電子を共有することで 共有結合を形成しています これらの電子は両方の原子間で 等しく共有されるのでしょうか それとも一方の原子が他方よりも 電子を引き寄せるのでしょうか？ルイスモデルでは すべての共有結合は 電子が均等に共有されていると 考えられていますが 必ずしもそうとは限りません 例えば 気体の窒素が 電場の中に置かれた場合 極と極の間で等しく配向します しかし 中性分子の塩化水素 いう気体を電場に入れると 水素は陰極 塩素は 陽極の方向を向いており 水素は部分的に正電荷を持ち 塩素は部分的に負電荷を 持っていることがわかります 原子が自分自身に電子を 引き寄せる能力を 電子陰性度といいます そのため 塩素は水素よりも 電子陰性が強く 共有電子を自分に引き寄せつつ 自分の電子が取り除かれるのに 抵抗していると言われています しかし これでは結合が イオン性にはなりません イオン結合では 金属から 非金属へ電子が移動しますが 塩酸では電子が不均等に 共有されています 水素原子よりも塩素の方が 電子密度が高く 極性共有結合を 形成しています 2つの原子間の電子陰性度の 差が大きければ大きいほど 極性の強い共有結合が 形成されます このように 非極性共有結合や イオン結合に加えて 極性共有結合は様々な 化合物に見られます アメリカの化学者 ライナス・ポーリングは 二原子塩素や水素などの 分子結合を壊すのに 必要なエネルギーを研究しました 彼は 熱化学データに基づいて 電子陰性度の尺度を確立し 結合の種類を 予測するのに役立ちました 電子陰性度は 原子のイオン化エネルギーと 電子親和性に関連しています 周期表では 電子陰性度は 左から右に向かって高くなり 遷移金属を除いて 金属は非金属に比べて 電子陰性度が低くなっています また 電子陰性度は 原子が自分自身に 電子を引き寄せる力が 弱くなっているため 原子の大きさが大きくなるほど 低くなります 最も電子陰性度が 高い元素であるフッ素は 任意に割り当てられた 電子陰性度が 3.98となっています 一方 フランシウムは 電子陰性度が最も低い元素で その値は0.7となっています 電子陰性度には単位がなく 実験的に 決定することはできません