Electronegativity and Oxidation Number

Electronegativiteit is de neiging van een atoom/molecuul om elektronen aan te trekken; oxidatiegetal is een indicator van zijn bindingsmilieu.

Elektronegativiteit

Elektronegativiteit is een eigenschap die de neiging van een atoom beschrijft om elektronen (of elektronendichtheid) naar zich toe te trekken. De elektronegativiteit van een atoom wordt beïnvloed door zowel het atoomnummer als de grootte van het atoom. Hoe hoger de elektronegativiteit, hoe meer een element elektronen aantrekt. Het tegenovergestelde van elektronegativiteit is elektropositiviteit, een maat voor het vermogen van een element om elektronen af te staan.

Elektronegativiteit wordt niet rechtstreeks gemeten, maar wordt in plaats daarvan berekend op basis van experimentele metingen van andere atomaire of moleculaire eigenschappen. Er zijn verschillende berekeningsmethoden voorgesteld, en hoewel er kleine verschillen kunnen zijn in de numerieke waarden van de berekende elektronegativiteitswaarden, laten alle methoden dezelfde periodieke trend tussen de elementen zien.

Electronegativiteit, zoals deze gewoonlijk wordt berekend, is niet strikt een eigenschap van een atoom, maar eerder een eigenschap van een atoom in een molecuul. Tot de eigenschappen van een vrij atoom behoren de ionisatie-energie en de elektronenaffiniteit. Verwacht wordt dat de elektronegativiteit van een element zal variëren met zijn chemische omgeving, maar het wordt gewoonlijk beschouwd als een overdraagbare eigenschap; dat wil zeggen, soortgelijke waarden zullen gelden in een verscheidenheid van situaties.

Op het meest basale niveau wordt de elektronegativiteit bepaald door factoren zoals de kernlading en het aantal/ de plaats van andere elektronen die aanwezig zijn in de atoomschillen. De nucleaire lading is belangrijk, want hoe meer protonen een atoom heeft, hoe meer “aantrekkingskracht” het zal hebben op negatieve elektronen. De plaats van de elektronen in de ruimte speelt ook een rol, want hoe meer elektronen een atoom heeft, hoe verder de valentie-elektronen van de atoomkern verwijderd zijn, waardoor ze minder positieve lading ondervinden; dit komt door hun grotere afstand tot de atoomkern, en doordat de andere elektronen in de lager-energetische kernbanen de valentie-elektronen afschermen van de positief geladen atoomkern.

De meest gebruikte berekeningsmethode voor de elektronegativiteit werd voorgesteld door Linus Pauling. Deze methode levert een dimensieloze grootheid op, gewoonlijk de Pauling-schaal genoemd, met een bereik van 0,7 tot 4. Als we het periodiek systeem zonder de inerte gassen bekijken, is de elektronegativiteit rechtsboven het grootst en linksonder het laagst.

Elektronegativiteit van de elementen: De elektronegativiteit is het grootst rechtsboven in de tabel en het laagst linksonder.

Zo is fluor (F) het meest elektronegatief van de elementen, terwijl francium (Fr) het minst elektronegatief is.

Oxidatiegetallen

Het is gebruikelijk om één enkele waarde van elektronegativiteit te beschouwen als geldig voor de meeste bindingssituaties waarin een bepaald atoom zich kan bevinden. Hoewel deze benadering het voordeel van de eenvoud heeft, is het duidelijk dat de elektronegativiteit van een element geen onveranderlijke atomaire eigenschap is; het kan eerder worden beschouwd als afhankelijk van een grootheid die ‘het oxidatiegetal’ van het element wordt genoemd.

Een manier om atomen in een molecuul te karakteriseren en elektronen bij te houden, is door oxidatiegetallen toe te kennen. Het oxidatiegetal is de elektrische lading die een atoom zou hebben als de bindingselektronen uitsluitend aan het meer elektronegatieve atoom zouden worden toegewezen, en het kan aangeven welk atoom in een chemisch proces wordt geoxideerd en welk wordt gereduceerd. Zes regels kunnen worden gebruikt bij het toekennen van oxidatiegetallen:

1. Het oxidatiegetal van een element in zijn natuurlijke staat (d.w.z. hoe het in de natuur wordt aangetroffen) is nul. Bijvoorbeeld, waterstof in H2, zuurstof in O2, stikstof in N2, koolstof in diamant, enz. hebben oxidatiegetallen van nul.
2. In ionische verbindingen is de ionische lading van een atoom zijn oxidatiegetal.
3. De som van de oxidatiegetallen van alle atomen in een ion of molecuul is gelijk aan zijn netto lading.
4. In verbindingen met niet-metalen, is het oxidatiegetal van waterstof +1. Wanneer waterstof echter aan een metaal is gebonden, daalt zijn oxidatiegetal tot -1, omdat het metaal een meer elektropositief, of minder elektronegatief, element is.
5. Zuurstof krijgt in de meeste verbindingen een oxidatiegetal van -2 toegekend. Er zijn echter bepaalde uitzonderingen. In peroxiden (O22-), zoals waterstofperoxide (H2O2), is het oxidatiegetal van zuurstof -1. In zuurstofdifluoride (OF2) is het oxidatiegetal van zuurstof +2, terwijl in zuurstofdifluoride (O2F2) aan zuurstof een oxidatiegetal van +1 wordt toegekend, omdat fluor het elektronegatievere element in deze verbindingen is, zodat het een oxidatiegetal van -1 krijgt toegewezen.
6. Het atoom met de hogere elektronegativiteit, meestal een niet-metaalelement, krijgt een negatief oxidatiegetal, terwijl het andere atoom, dat vaak maar niet noodzakelijk een metaalelement is, een positief oxidatiegetal krijgt.