9.7: 전기음성도

결합이 비극성인지 극성 공유결합인지는 전기음성도라고 불리는 결합 원자의 특성에 의해 결정됩니다.

원소의 전기음성도 값은 20세기의 가장 유명한 화학자 중 한 명인 리누스 폴링(Linus Pauling)에 의해 제안되었습니다. 폴링은 수소와 불화물과 같은 이핵 분자의 결합을 끊는 데 필요한 에너지를 조사했습니다. 그는 이 값을 토대로 결합을 끊는 데 필요한 에너지는 H_2(436kJ/mol)와 F_2(155kJ/mol)의 결합 에너지의 평균, 즉 296kJ/mol이 될 것이라고 제안했습니다. 그러나 실험적으로 얻은 HF의 결합에너지는 565kJ/mol로 예측치보다 훨씬 높다. 이러한 차이를 설명하기 위해 Pauling은 결합이 전기음성도 개념에 의해 결정되는 이온 특성을 가져야 한다고 제안했습니다.

전기 음성도는 원자가 자신을 향해 전자(또는 전자 밀도)를 끌어당기는 경향을 측정한 것입니다.

전기 음성도는 공유 전자가 결합의 두 원자 사이에 어떻게 분포되는지를 결정합니다. 원자가 결합에 있는 전자를 더 강하게 끌어당길수록 전기음성도는 더 커집니다. 극성 공유 결합의 전자는 전기 음성도가 더 높은 원자쪽으로 이동합니다. 따라서 전기 음성도가 더 높은 원자는 부분적으로 음전하를 띤 원자입니다. 전기 음성도의 차이가 클수록 전자 분포가 더 분극화되고 원자의 부분 전하가 더 커집니다.

전기음성도와 주기율표

1. 전기 음성도는 주기율표의 한 주기에 걸쳐 왼쪽에서 오른쪽으로 증가하고 그룹 아래로 감소합니다.
2. Pauling이 도출한 전기음성도 값은 예측 가능한 주기율 추세를 따르며, 주기율표의 오른쪽 상단으로 갈수록 전기음성도가 높아집니다.
3. 따라서 오른쪽 상단에 있는 비금속은 전기 음성도가 가장 높은 경향이 있으며, 모든 원소 중에서 가장 전기 음성도가 높은 원소는 불소입니다(EN = 4.0).
4. 금속은 전기음성도가 낮은 원소인 경향이 있으며, 1족 금속은 전기음성도가 가장 낮습니다.
5. 희가스는 전기음성도 목록에서 제외됩니다. 왜냐하면 이 원자는 완전한 원자가 껍질을 갖고 있기 때문에 일반적으로 다른 원자와 전자를 공유하지 않기 때문입니다. (XeO_2와 같은 비활성 기체 화합물은 존재하지만 극한 조건에서만 형성될 수 있으므로 전기음성도의 일반 모델에 딱 들어맞지 않습니다.)

전기 음성도와 전자 친화도

전기음성도와 전자친화도를 혼동하지 않도록 주의하세요. 원소의 전자 친화력은 측정 가능한 물리량, 즉 고립된 기상 원자가 전자를 얻을 때 방출되거나 흡수되는 에너지로, kJ/mol 단위로 측정됩니다. 반면에 전기음성도는 원자가 결합에서 전자를 얼마나 단단히 끌어당기는지를 나타냅니다. 측정되지 않고 계산되는 무차원 수량입니다. Pauling은 다양한 유형의 결합을 끊는 데 필요한 에너지 양을 비교하여 최초의 전기 음성도 값을 도출했습니다. 그는 0에서 4까지의 임의의 상대 척도를 선택했습니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section: 7.2 Covalent Bonding.

비금속은 전자를 공유하여 공유결합을 형성합니다. 그러나 이러한 전자들은 두 원자 사이에서 동등하게 공유됩니까, 아니면 한 원자가 다른 원자들보다 더 많이 전자를 끌어당깁니까? 루이스 모형은 모든 공유 결합을 동등하게 공유된 전자로 묘사하지만, 항상 그렇지는 않습니다.

예를 들어, 기체 질소가 전기장에 배치되면 극 사이에서 동등하게 방향을 잡을 것입니다. 그러나 중성 분자인 기체 염화수소를 전기장에 놓으면 수소가 음극으로 향하며 염소가 양극으로 향하게 되는데, 이는 수소가 부분적인 양전하를 가지고 있고 염소가 부분적인 음전하를 가지고 있음을 나타냅니다. 원자가 자기쪽으로 전자를 끌어당기는 능력을 전기 음성도라고 합니다.

따라서 염소는 수소보다 더 음성으로 되며 공유된 전자를 자기 쪽으로 끌어당기는 동시에 자기가 소유한 전자의 제거에 저항합니다. 그러나 이것이 결합을 이온성으로 만들지는 않습니다. 이온 결합에서는 전자가 금속에서 비금속까지 이동하는 반면에 염화수소에서는 전자가 동등하게 공유됩니다.

전자 밀도는 수소보다 염소에서 더 높아 이 결합은 극성 공유 결합이 됩니다. 두 원자의 전기 음성도 차이가 클수록 결합은 더 극성을 띠게 됩니다. 따라서 비극성 공유 결합 또는 이온성 결합 외에도 극성 공유 결합은 다양한 화합물에서 발견됩니다.

미국의 화학자 라이너스 폴링은 이원자 염소나 수소와 같은 분자의 결합을 깨는데 필요한 에너지를 연구했습니다. 그는 열화학 데이터를 기반으로 한 전기음성도 척도를 설정했는데, 이것은 결합 유형을 예측하는 데 도움이 됩니다. 전기음성도는 원자의 이온화 에너지와 전자 친화도와 관련이 있습니다.

주기율표에서, 전기 음성도 값은 왼쪽에서 오른쪽으로 가면서 증가합니다. 금속은 비금속과 비교해볼 때 전기 음성도가 낮으며, 여기서 전이 원소는 예외로 합니다. 또한 전기 음성도 값은 열 아래로 내려가면서 원자 크기가 증가하면서 감소하는데 이는 원자가 자기 쪽으로 전자를 끌어당길 수 있는 능력이 떨어지기 때입니다, 전기적으로 가장 음성인 불소는 임의로 할당된 전기 음성도 값 3.98을 가집니다.

반면에 프란슘은 전기 음성도 값이 0.7인 최소의 전기 음성 원소입니다. 전기 음성도는 단위가 없으며 실험적으로 결정할 수 없습니다.