电负性

电负性
本页解释何谓电负性、周期表中元素电负性的变化规律及原因；元素电负性差异对成键造成的影响、极性键和极性分子的意义。

什么是电负性
定义
电负性是原子对成键电子吸引倾向的量化(相对标度)；元素的电负性愈大，吸引成键电子对的倾向就愈强。

鲍林标度(Pauling scale)是使用最广泛的电负性标度。

其标度值的范围从电负性最强的元素氟(F)——标度值为3.98，到电负性最弱的元素钫(Fr)——标度值为0.7。

两个电负性相同的原子成键会发生什么？
如下图，原子A和原子B之间存在一个成键。

当然除了这个成键以外，每个原子可以同时与更多的原子之间存在着成键——不过这与我们所要讨论的问题无关。

如果原子的电负性相同，那么它们对成键电子对的吸引能力也相同。

因而电子出现在两个原子附近的概率相等，电子在平均意义上会出现在两个原子间的正中。

此类成键，A 和B通常为同一种原子，例如H2分子或Cl2分子。

注意: 上边的示意图表示的是电子在平均意义上的位置。

电子实际上存在于分子轨域当中，并且其位置在不断的变换。

此类成键被看作是"纯粹" 的共价键——电子均匀的为两个原子所共享。

如果B的电负性稍强于A呢?
B对电子对的吸引能力会比A稍强一些。

这意味着在成键的B端电子密度会更高一些，因此略微带负电。

同时，A 端(有点缺乏电子)略微带正电。

图中，"" (读做"delta") 的意思为"略微的"，"+" 表示"略微带正电"。

什么是极性键？
我们用极性键一词形容成键两端电荷不均匀分布的共价键——换一句话说就是成键的一端略微带正电荷而另一端略微带负电荷。

大多数共价键为此类成键。

HCl中的氢—氯成键以及水分子中的氢—氧成键皆为典型的极性键。

如果B的电负性远远超过了A呢?
电子对会被吸引到成键的B端。

A失去了它对成键电子对的控制权，而B 完全控制住了这两个电子。

就这样，离子形成了。

成键的"范围谱"
所有这一切暗示了在共价键和离子键之间并没有明显的分界线。

在纯粹的共价键中，电子在平均意义上位于两个原子之间的中点。

在极性键中，电子的位置略微的移向了成键的某一端。

在其被算做是离子键之前，电子还可以移动多远? 这个问题没有真正的答案。

一般认为氯化钠是典型的离子型固体。

但即便如此，钠也未曾完全失去对它电子的控制。

不管怎么说，由于氯化钠的特性，我们趋向于把它看作是纯粹的离子。

注意: 不用过于在意极性键与离子键之间的精确分界点。

在A'level中，有关共价键和离
子键的举例会尽量避免它们间的"灰色区域"——这些例子要么是明显的共价键，要么就是明显的离子键。

不过，你仍然需要知道"灰色区域"的存在。

另一方面，碘化锂却被看成是拥有一些共价特性的离子化合物。

碘化锂的成键电子对并没有完全移动到成键的碘端。

碘化锂可以溶解于有机溶剂中(比如乙醇)——而不似离子化合物通常所表现的那样。

总结
•两个电负性相同的原子成键，会产生纯净的非极性共价键。

•两个电负性差异较小的原子成键，会产生极性共价键。

•两个电负性差异大的原子成键，会产生离子键。

极性键和极性分子
HCl的分子结构很简单，如果它唯一的成键是极性的，那么整个分子也将是极性的。

但如果我们遇到的是结构更为复杂的分子，情况会怎样呢?
CCl4分子中的每一个成键都是极性的。

注意: 普通的线条代表跟屏幕或打印纸在同一平面的成键。

虚线代表位于屏幕或打印纸后方的成键。

锲形线条代表位于屏幕或打印纸前方(也就是面向你)的成键。

但将这个分子作为一个整体来看，它不是极性的——它不具有分别略微
带负电和略微带正电的两端(或两侧)。

整个分子的外围是略微带负电的，但无论是从上边到下边，还是从左边到右边都找不到略微带正电的另一端。

相比之下，CHCl3却是极性分子。

位于分子顶侧的氢原子，其电负性较碳原子略低，因此将略微带正电。

如此，分子具有一个略微带正电的"顶侧"和一个略微带负电的"底侧"，所以它是一个极性的分子。

很多时候，极性分子两极的正负电荷是不均等的。

周期表中元素电负性的变化规律
电负性最大的元素是氟。

如果你记住这一个事实，那么一切都会变的简单，因为周期表中元素的电负性总是朝着氟的方向不断增大。

注意: 下图忽略了惰性气体。

历史上很长一段时间以来，人们相信所有的惰性气体都不会成键——一个不成键的原子是不会拥有电负性数值的。

即便是现在，我们已经知道它们中的一些确实会成键，但教材上仍未提供它们电负性数值的资料。

周期内元素的电负性变化规律
同一周期内，元素的电负性会随着原子序数的增加而增大。

下图显示了元素钠到元素氯的电负性变化——你需要忽略周期中的氩元素，它不成键，因此
也没有电负性。

族内元素的电负性变化规律
同一族内，元素的电负性会随着原子序数的增加而减小(氟是7族元素中原子序数最小的) 。

下图显示了1族和7族元素的电负性变化。

解释元素电负性变化的原因
原子核对成键电子的吸引能力取决于：
•原子核的质子数量。

•原子核与成键电子之间的距离。

•原子的内层电子(构成屏蔽的电子)数量。

注意: 如果你不熟悉屏蔽这一概念，请在继续阅读之前，先查看电离能中的相关内容。

影响电离能变化的因素，同样也是影响电负性变化的因素。

为什么周期内元素的电负性会随原子序数的增加而增大？
钠元素是第3周期的开端，氯元素是第3周期结尾(忽略惰性气体氩元素)。

我们假设氯化钠刚形成时是共价成键。

钠和氯的成键电子(外层电子)都位于第3能级。

成键电子对都被1s、2s 和2p 轨域的电子所屏蔽，不过氯原子核比钠原子核多出了6个质子。

这也就难怪成键电子对会被远远的拉向氯的那一端并形成了离子。

随着原子序数的增加，原子核所带的电荷也将增加，电荷数的增加会增强原子核对成键电子对的吸引能力。

因此，在同一周期内，元素的电负性会随原子序数的增加而增大。

为什么族内元素的电负性会随着原子序数的增加而减小？
我们将以氟化氢和氯化氢作为例子。

氟原子核与成键电子对之间仅由1s2电子屏蔽。

而氯原子核与成键电子对之间则由1s22s22p6的全部电子屏蔽。

这两个例子中，氟原子核和氯原子核所能让成键电子感受到的电荷皆为+7。

但氯的成键电子位于第三能级，而氟的成键电子却在第二能级。

成键电子离原子核越近，原子核吸引它的能力就越强。

族内元素的电负性会随着原子序数的增加而减小，是因为成键电子离原子核越来越远，原子核对它的吸引能力越来越弱。

正离子的极化能力
"极化能力"指的是什么？
我们讨论到这里，已经认识到可以把离子键当作高度"变形"的共价键来看待。

当然你也可以使用别的方式认识离子键。

固体氯化铝为共价化合物。

如果我们将其假想为离子化合物，它将含有Al3+ 和Cl-离子。

铝离子不但非常小，而且还拥有3个正电荷——所以它的"电荷密度"很高。

这对位于它附近的任何电子来说都有相当大的影响。

于是，铝附近的成键电子对向着铝的方向移动，其移动程度足以使成键重新变回共价键。

影响极化能力的因素
正离子位于负离子附近时可对其产生极化效应(使电子所在的轨域变形)。

极化能力取决于正离子的电荷密度。

极化能力会随正离子体积的减小以及电荷的增大而不断增强。

对于负离子来说，随着其体积的增大，它将越来越容易被极化。

举例来说，碘离子( I -)的外层电子位于第5能级——离原子核相对较远。

比起其它大多数拥有相同电荷的负离子(比如，离原子核近得多的氟离子(F-))，正离子对碘离子( I -)电子对的吸引更加显示出效果。

碘化铝是共价化合物，因为碘离子的电子对比较容易拖走(被极化)。

另一方面，氟化铝却是离子化合物，因为铝离子不能充分的极化体积较小的氟离子以形成共价键。