Chemie ist überall: In den Medikamenten, die wir einnehmen, in der Teflonbeschichtung unserer Antihaftpfannen, in den Zellen aller Lebewesen auf der Erde. Und jedes Element im Periodensystem ist ein bisschen anders - sein Gewicht, die Anzahl der subatomaren Teilchen, der Zustand der Materie, der Schmelzpunkt usw. machen es einzigartig unter den anderen Elementen. Eine wichtige Eigenschaft eines Atoms , die viel darüber entscheidet, wie es sich mit anderen Atomen zu Molekülen zusammenschließt, ist die Elektronegativität.
Atomic Tauziehen
"Die Elektronegativität ist das Maß für die Affinität eines Atoms zu Elektronen und ein wesentliches Merkmal jedes Atoms", sagt Eric Ferreira, Associate Professor am Department of Chemistry der University of Georgia. "Es basiert auf zahlreichen atomspezifischen Faktoren, einschließlich der Größe und der Anzahl der Protonen im Kern."
Die Elektronegativität eines Atoms ist im Wesentlichen ein Maß für die relative Wahrscheinlichkeit, dass die gemeinsamen Elektronen näher an diesem Atom als an einem anderen gefunden werden.
"Es funktioniert wie zwei Personen, die Tauziehen mit einem Seil spielen", sagt Ferreira. "Die Individuen sind die Atomkerne, und das Seil sind die Elektronen. Wenn die Individuen mit gleicher Stärke ziehen, wird das Seil gleichmäßig geteilt. Wenn jedoch ein Individuum stärker zieht als das andere, beginnt sich mehr vom Seil zu sammeln bei der Person, die stärker zieht. Im Wesentlichen ist die Person, die stärker zieht, elektronegativer und zieht die Seil- (oder Elektronendichte) darauf zu. "
Sie werden sich aus dem Chemieunterricht der High School daran erinnern, dass die Protonen im Atomkern positiv geladen sind und daher negativ geladene Elektronen anziehen, um sie zu umkreisen. Wenn zwei Atome miteinander verbunden sind, besteht eine Möglichkeit darin, ein Elektronenpaar zwischen ihnen zu teilen - dies wird als kovalente Bindung bezeichnet. Die Atome in einer kovalenten Bindung teilen sich jedoch möglicherweise nicht gleichermaßen das Sorgerecht für die Elektronen. Wenn Atome zweier verschiedener Elemente Elektronen in einer kovalenten Bindung teilen, verbringen die Elektronen möglicherweise mehr Zeit näher am Kern eines Atoms als am anderen. Ein gutes Beispiel hierfür ist die Bindung zwischen einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen in einem Wassermolekül: Der Kern des Sauerstoffatoms zieht die gemeinsamen Elektronen stärker an als die Kerne der Wasserstoffatome. Deshalb,Das Sauerstoffatom ist elektronegativer als die Wasserstoffatome - es zieht die Elektronen besser als die Wasserstoffatome an seinen Kern an.
Alltägliche Elektronegativität
Ein gutes Beispiel dafür, wie Menschen täglich die Elektronegativität nutzen, ist Teflon, das Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE), das eine Pfanne beschichten kann, damit Ihre Rühreier nicht daran haften bleiben. Dieses Polymer ist eine lange Kette von Kohlenstoff-auf-Kohlenstoff-Bindungen, an die auch jedes interne Kohlenstoffatom zwei Fluoratome gebunden hat. Von allen Elementen ist Fluor das elektronegativste, so dass die Bindungselektronen fest an den Fluoratomen gehalten werden.
Moleküle können durch spezielle Wechselwirkungen wie Londoner Dispersionskräfte voneinander angezogen werden . Diese Kräfte entstehen, wenn die sich ständig bewegenden Elektronen in einem Molekül zu einem Bereich des Moleküls gezogen werden, wodurch Punkte im Molekül entstehen, die negativer geladen sind, und andere, die positiver geladen sind.
Im speziellen Fall von Teflon minimieren die Kerne in ihren Atomen, weil Fluor so elektronegativ ist, die Elektronenbewegung - das Fluoratom ist für die Elektronen so attraktiv, dass sie sich selten um die Kohlenstoffkerne herum aufhalten möchten. Dies bedeutet, dass die Elektronenbewegung, die attraktive Londoner Dispersionskräfte erzeugen würde, aufgehoben wird, was zu den "Antihaft" -Eigenschaften von Teflon führt.
Elektronegativität spielt auch bei der Herstellung von Pharmazeutika eine Rolle:
"Viele Medikamente sind kleine Moleküle und sollen mit bestimmten Proteinen im Körper interagieren, die bestimmte Funktionen haben", sagt Ferreira. "Diese Wechselwirkungen basieren auf der physikalischen Form des Moleküls, um genau in die Rezeptorform des Proteins zu passen. Stellen Sie sich einen Schlüssel vor, der in ein Schloss passt. Diese intermolekularen Wechselwirkungen können auf elektrostatischen Kräften beruhen, und daher könnte man Medikamente entwickeln, die elektronischer Natur sind wird auf bestimmte Atome basierend auf ihrer Elektronegativität "abgestimmt", um die Wirksamkeit der Wechselwirkung zu maximieren. "
Wenn Sie also das nächste Mal ein Glas Wasser trinken oder ein gegrilltes Käsesandwich machen oder Ihre Medizin einnehmen, danken Sie der Chemie, dass sie jedes Element ein bisschen anders gemacht hat - und einige attraktiver als andere.
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Das Konzept der Elektronegativität wurde 1932 von Linus Pauling eingeführt. Auf der Pauling-Skala wird Fluor eine Elektronegativität von 3,98 zugewiesen, und die anderen Elemente werden relativ zu diesem Wert skaliert. Je höher der Wert der Elektronegativität ist, desto stärker zieht dieses Element die gemeinsamen Elektronen an. Pauling und Marie Curie sind die einzigen zwei Personen, die jemals in ihrem Leben zwei ungeteilte Nobelpreise erhalten haben.
