Elektronegativitet og oxidationstal

Elektronegativitet er et atom/molekyls tendens til at tiltrække elektroner; oxidationstallet er en indikator for dets bindingsmiljø.

Elektronegativitet

Elektronegativitet er en egenskab, der beskriver et atoms tilbøjelighed til at tiltrække elektroner (eller elektrontæthed) til sig selv. Et atoms elektronegativitet påvirkes af både dets atomnummer og atomets størrelse. Jo højere dets elektronegativitet er, jo mere tiltrækker et grundstof elektroner. Det modsatte af elektronegativitet er elektropositivitet, som er et mål for et grundstofs evne til at afgive elektroner.

Elektronegativitet måles ikke direkte, men beregnes i stedet på grundlag af eksperimentelle målinger af andre atomare eller molekylære egenskaber. Der er blevet foreslået flere beregningsmetoder, og selv om der kan være små forskelle i de numeriske værdier af de beregnede elektronegativitetsværdier, viser alle metoder den samme periodiske tendens blandt grundstofferne.

Elektronegativitet, som den normalt beregnes, er ikke strengt taget en egenskab ved et atom, men snarere en egenskab ved et atom i et molekyle. Egenskaber ved et frit atom omfatter ioniseringsenergi og elektronaffinitet. Det forventes, at et grundstofs elektronegativitet vil variere med dets kemiske miljø, men den anses normalt for at være en overførbar egenskab; det vil sige, at lignende værdier vil være gyldige i en række forskellige situationer.

På det mest grundlæggende niveau bestemmes elektronegativiteten af faktorer som kerneopladningen og antallet/placeringen af andre elektroner, der er til stede i atomskallerne. Kerneladningen er vigtig, fordi jo flere protoner et atom har, jo større “tiltrækningskraft” vil det have på negative elektroner. Hvor elektronerne befinder sig i rummet er en medvirkende faktor, fordi jo flere elektroner et atom har, jo længere væk fra kernen vil valenselektronerne være, og som følge heraf vil de opleve mindre positiv ladning; dette skyldes deres øgede afstand fra kernen, og fordi de andre elektroner i de lavere energirige kerneorbitaler vil virke afskærmende på valenselektronerne fra den positivt ladede kerne.

Den mest almindeligt anvendte metode til beregning af elektronegativitet blev foreslået af Linus Pauling. Denne metode giver en dimensionsløs størrelse, almindeligvis kaldet Pauling-skalaen, med et interval fra 0,7 til 4. Hvis vi ser på det periodiske system uden de inerte gasser, er elektronegativiteten størst øverst til højre og mindst nederst til venstre.

Grundstoffernes elektronegativitet: Electronegativiteten er størst øverst til højre i tabellen og mindst nederst til venstre.

Heraf er fluor (F) det mest elektronegative af grundstofferne, mens francium (Fr) er det mindst elektronegative.

Oxidationstal

Det er almindeligt at betragte en enkelt værdi for elektronegativitet som værende gældende for de fleste bindingssituationer, et givet atom kan befinde sig i. Selv om denne fremgangsmåde har fordelen af enkelhed, er det klart, at et grundstofs elektronegativitet ikke er en uforanderlig atomar egenskab; den kan snarere tænkes at afhænge af en størrelse kaldet “grundstoffets oxidationstal”.

En måde at karakterisere atomer i et molekyle og holde styr på elektroner på er ved at tildele oxidationstal. Oxidationstallet er den elektriske ladning, et atom ville have, hvis bindingselektronerne udelukkende blev tildelt det mere elektronegative atom, og det kan identificere, hvilket atom der oxideres og hvilket der reduceres i en kemisk proces. Der kan anvendes seks regler ved tildeling af oxidationstal:

1. Oxidationstallet for et grundstof i dets naturlige tilstand (dvs. sådan som det findes i naturen) er nul. For eksempel har hydrogen i H2, oxygen i O2, nitrogen i N2, kulstof i diamant osv. oxidationstal på nul.
2. I ionforbindelser er et atoms ioniske ladning dets oxidationstal.
3. Summen af oxidationstallene for alle atomerne i en ion eller et molekyle er lig med dets nettoladning.
4. I forbindelser med ikke-metaller er hydrogenets oxidationstal +1. Men når hydrogen er bundet til et metal, reduceres dets oxidationstal til -1, fordi metallet er et mere elektropositivt, eller mindre elektronegativt, element.
5. Syren tildeles et oxidationstal på -2 i de fleste forbindelser. Der er dog visse undtagelser. I peroxider (O22-), som f.eks. hydrogenperoxid (H2O2), er iltens oxidationstal -1. I oxygen difluorid (OF2) er oxygenets oxidationstal +2, mens oxygen i dioxygen difluorid (O2F2) tildeles oxygen et oxidationstal på +1, fordi fluor er det mere elektronegative grundstof i disse forbindelser, så det tildeles et oxidationstal på -1.
6. Atomet med højere elektronegativitet, typisk et ikke-metallisk grundstof, tildeles et negativt oxidationstal, mens det andet atom, som ofte, men ikke nødvendigvis er et metallisk grundstof, tildeles et positivt oxidationstal.