Elektronegativitet – så fungerar det

Elektronegativitet beskriver hur starkt en atom i en kemisk bindning attraherar de gemensamma elektronerna. Begreppet hjälper till att förklara varför vissa bindningar är opolära, andra polära och varför elektronfördelningen i en molekyl inte alltid är jämn.

Elektronegativitet är inte samma sak som elektronaffinitet eller jonisationsenergi. Det är en modell och flera skalor finns. I gymnasiekemi används ofta Paulings skala.

Hur förändras elektronegativiteten i periodiska systemet?

Den allmänna trenden är:

• elektronegativiteten ökar åt höger i en period,
• elektronegativiteten minskar nedåt i en grupp.

Fluor ligger därför högst på Paulings skala bland de grundämnen som normalt tilldelas värden.

Trenden kan förstås genom en kombination av effektiv kärnladdning, atomradie och skärmning från inre elektroner.

Varför ökar elektronegativiteten åt höger?

När man går åt höger i en period ökar protonantalet samtidigt som de nya elektronerna huvudsakligen fyller samma huvudskal.

Den effektiva attraktionskraften från kärnan på valenselektronerna ökar därför generellt, och atomradien tenderar att minska. Atomen kan då attrahera bindningselektroner starkare.

Varför minskar elektronegativiteten nedåt?

Nedåt i en grupp tillkommer fler elektronskal. Valenselektronerna ligger längre från kärnan och skärmas mer av inre elektroner.

Kärnans attraktion på bindningselektronerna blir därför i allmänhet svagare trots att protonantalet samtidigt ökar.

Elektronegativitet och bindningens polaritet

Om två bundna atomer har samma eller nästan samma elektronegativitet delas bindningselektronerna relativt jämnt.

Om skillnaden är större dras elektronmolnet mer mot den elektronegativare atomen. Då uppstår partiella laddningar:

• den mer elektronegativa sidan får δ−,
• den mindre elektronegativa sidan får δ+.

Bindningen är då polär.

Är en viss elektronegativitetsskillnad alltid jonbindning?

Nej. Det finns tumregler där elektronegativitetsskillnaden delas in i intervall för opolär kovalent, polär kovalent och jonisk bindning, men verkligheten är kontinuerlig.

Bindningar kan ha olika grad av jonkaraktär och kovalent karaktär. Ett enda gränsvärde ska därför inte behandlas som en naturlag.

Struktur, kristallmiljö, oxidationstillstånd och andra faktorer påverkar också bindningens natur.

Elektronegativitet och molekylens polaritet

En molekyl kan innehålla polära bindningar utan att hela molekylen är polär.

Koldioxid, CO₂, har polära C=O-bindningar men molekylen är linjär och bindningsdipolerna tar i idealfallet ut varandra.

Vatten, H₂O, har också polära bindningar men molekylen är vinklad. Dipolerna tar därför inte ut varandra och vatten har ett permanent dipolmoment.

För att avgöra molekylpolaritet behöver man alltså både bindningarnas polaritet och molekylens geometri.

Några värden på Paulings skala

På Paulings skala har fluor värdet ungefär 3,98. Syre ligger omkring 3,44, klor omkring 3,16, kväve omkring 3,04 och kol omkring 2,55. Väte ligger omkring 2,20.

Värdena hjälper till att jämföra atomer i en bindning, men de ska inte tolkas som exakta mätningar av en fysisk kraft. Skillnaden mellan två värden ger snarare en praktisk ledtråd till hur ojämnt bindningselektronerna kan vara fördelade.

Exempel: H–Cl, O–H och C–H

I H–Cl är klor mer elektronegativt än väte, så bindningen polariseras mot klor. I O–H är syre tydligt mer elektronegativt än väte och bindningen blir också polär.

C–H har mindre elektronegativitetsskillnad. Den brukar därför behandlas som betydligt mindre polär än O–H. Sådana jämförelser är användbara när man resonerar om dipolmoment, intermolekylära krafter och löslighet.

Elektronegativitet beror på kemisk miljö

Tabellvärden ger en förenklad bild. En atoms förmåga att dra till sig elektroner påverkas i viss mån av oxidationstillstånd, hybridisering och vilken kemisk miljö den befinner sig i. Därför finns flera elektronegativitetsskalor och mer avancerade modeller.

För grundläggande kemi är periodtrenden och Paulings skala ändå mycket användbara, så länge värdena behandlas som modellverktyg och inte som absoluta naturkonstanter.

Elektronegativitet och intermolekylära krafter

Elektronegativitet avgör inte ensam hur starkt molekyler attraherar varandra, men den hjälper till att förklara varför polära bindningar uppstår. När molekylens geometri ger ett nettodipolmoment kan dipol–dipol-krafter bli viktiga. I molekyler med O–H, N–H eller F–H kan den starka polariseringen dessutom bidra till vätebindningar.

London-dispersionskrafter finns däremot även mellan opolära partiklar. Därför kan man inte rangordna kokpunkter eller löslighet enbart genom att titta på elektronegativitetsskillnader.

Metaller och elektronegativitet

Metaller på vänster sida av periodiska systemet har ofta lägre elektronegativitet än icke-metaller längre åt höger. Det hjälper till att förklara varför många metaller lättare avger elektrontäthet i bindningar och kan bilda positiva joner.

Även detta är en trend, inte en absolut regel. Övergångsmetaller kan ha flera oxidationstillstånd och komplex bindningskemi som kräver mer än en enkel jämförelse av tabellvärden.

Elektronegativitet och oxidationstal

Oxidationstal tilldelas genom en formell modell där bindningselektronerna tänks tillhöra den mer elektronegativa atomen.

Därför är elektronegativitet användbart när oxidationstal ska bestämmas. Fluor tilldelas exempelvis oxidationstal −1 i sina vanliga föreningar eftersom det är mer elektronegativt än andra grundämnen.

Elektronegativitet är inte en direkt mätbar laddning

Ett elektronegativitetsvärde är inte den faktiska laddningen på en atom. Det är ett dimensionslöst modellvärde på en vald skala.

Olika elektronegativitetsskal bygger på olika fysikaliska storheter. Paulings skala konstruerades ursprungligen från bindningsenergier, medan andra skalor använder andra utgångspunkter.

Vanliga frågor

Vilket grundämne är mest elektronegativt?

Fluor har högst elektronegativitet på Paulings skala.

Är ädelgaser med i elektronegativitetstrenden?

Inte alltid. För flera ädelgaser saknas eller varierar värden mellan olika elektronegativitetsskalor eftersom de bildar färre vanliga bindningar än många andra grundämnen.

Är elektronegativitet samma sak som jonisationsenergi?

Nej. Jonisationsenergi är energin som krävs för att avlägsna en elektron från en gasformig atom eller jon. Elektronegativitet beskriver attraktionen på elektroner i en bindning.

Kan en molekyl med polära bindningar vara opolär?

Ja. Om bindningsdipolerna tar ut varandra på grund av molekylens symmetri kan det totala dipolmomentet bli noll.