Elektronegativitás és oxidációs szám

Az elektronegativitás az atom/molekula elektronvonzási hajlamát, az oxidációs szám a kötési környezetet jelzi.

Elektronegativitás

Az elektronegativitás egy olyan tulajdonság, amely leírja egy atom azon hajlamát, hogy elektronokat (vagy elektronsűrűséget) vonzzon magához. Egy atom elektronegativitását az atom atomi száma és az atom mérete is befolyásolja. Minél nagyobb az elektronegativitása, annál jobban vonzza az elektronokat. Az elektronegativitás ellentéte az elektro-pozitivitás, amely azt mutatja, hogy egy elem mennyire képes elektronokat leadni.

Az elektronegativitást nem mérik közvetlenül, hanem más atomi vagy molekuláris tulajdonságok kísérleti mérései alapján számítják ki. Számos számítási módszert javasoltak, és bár a számított elektronegativitás értékek számszerű értékei között lehetnek kisebb eltérések, minden módszer ugyanazt a periodikus tendenciát mutatja az elemek között.

Az elektronegativitás, ahogyan általában kiszámítják, nem szigorúan egy atom tulajdonsága, hanem inkább egy molekulában lévő atom tulajdonsága. A szabad atom tulajdonságai közé tartozik az ionizációs energia és az elektronaffinitás. Várható, hogy egy elem elektronegativitása a kémiai környezetétől függően változik, de általában átvihető tulajdonságnak tekintik; vagyis hasonló értékek érvényesek különböző helyzetekben.

A legalapvetőbb szinten az elektronegativitást olyan tényezők határozzák meg, mint a magtöltés és az atomi héjakban jelen lévő egyéb elektronok száma/helyzete. A magtöltés azért fontos, mert minél több protonja van egy atomnak, annál nagyobb “vonzást” gyakorol a negatív elektronokra. Az elektronok térbeli elhelyezkedése is hozzájárul, mert minél több elektronja van egy atomnak, annál távolabb vannak az atommagtól a valenciaelektronok, és ennek következtében kevesebb pozitív töltés éri őket; ez az atommagtól való nagyobb távolságuknak köszönhető, valamint annak, hogy az alacsonyabb energiájú magpályákon lévő más elektronok árnyékolják a valenciaelektronokat a pozitív töltésű atommagtól.

Az elektronegativitás leggyakrabban használt számítási módszerét Linus Pauling javasolta. Ez a módszer egy dimenziótlan mennyiséget eredményez, amelyet általában Pauling-skálának neveznek, és amelynek tartománya 0,7 és 4 között van. Ha a periódusos rendszert az inert gázok nélkül nézzük, az elektronegativitás a jobb felső sarokban a legnagyobb, és a bal alsó sarokban a legkisebb.

Az elemek elektronegativitása: Az elektronegativitás a táblázat jobb felső részén a legnagyobb, bal alsó részén a legkisebb.

Az elemek közül tehát a fluor (F) a legelektronegatívabb, míg a francium (Fr) a legkevésbé elektronegatív.

Oxidációs számok

Az elektronegativitás egyetlen értékét szokták érvényesnek tekinteni a legtöbb kötési helyzetre, amelyben egy adott atom előfordulhat. Bár ennek a megközelítésnek megvan az egyszerűség előnye, világos, hogy egy elem elektronegativitása nem egy változatlan atomi tulajdonság; inkább úgy gondolhatunk rá, mint ami az elem “oxidációs számának” nevezett mennyiségtől függ.

A molekulában lévő atomok jellemzésének és az elektronok nyomon követésének egyik módja az oxidációs számok hozzárendelése. Az oxidációs szám az az elektromos töltés, amellyel egy atom rendelkezne, ha a kötőelektronokat kizárólag az elektronegatívabb atomhoz rendelnék, és ez alapján azonosítható, hogy egy kémiai folyamat során melyik atom oxidálódik és melyik redukálódik. Az oxidációs számok hozzárendelésénél hat szabály alkalmazható:

1. Az elem oxidációs száma természetes állapotában (azaz ahogyan a természetben megtalálható) nulla. Például a hidrogén a H2-ben, az oxigén az O2-ben, a nitrogén az N2-ben, a szén a gyémántban stb. oxidációs száma nulla.
2. Ionos vegyületekben egy atom ionos töltése az oxidációs száma.
3. Egy ion vagy molekula összes atomja oxidációs számának összege megegyezik a nettó töltésével.
4. A nemfémekkel alkotott vegyületekben a hidrogén oxidációs száma +1. Ha azonban a hidrogén egy fémmel kapcsolódik, oxidációs száma -1-re csökken, mivel a fém elektro-pozitívabb, azaz kevésbé elektronegatív elem.
5. Az oxigén oxidációs száma a legtöbb vegyületben -2-nek felel meg. Vannak azonban bizonyos kivételek. A peroxidokban (O22-), mint például a hidrogén-peroxidban (H2O2), az oxigén oxidációs száma -1. Az oxigén-difluoridban (OF2) az oxigén oxidációs száma +2, míg a di-oxigén-difluoridban (O2F2) az oxigén oxidációs száma +1, mivel ezekben a vegyületekben a fluor az elektronegatívabb elem, így az oxidációs száma -1.
6. A magasabb elektronegativitású atomhoz, jellemzően egy nem fémes elemhez negatív oxidációs számot rendelünk, míg a másik atomhoz, amely gyakran, de nem feltétlenül fémes elem, pozitív oxidációs számot kap.