Chemia jest wszędzie: w lekarstwach, które przyjmujemy, w powłoce teflonowej na naszych patelniach z powłoką zapobiegającą przywieraniu, w komórkach każdej żywej istoty na Ziemi. A każdy pierwiastek w układzie okresowym jest trochę inny - jego waga, liczba cząstek subatomowych, przyjęty stan skupienia materii, temperatura topnienia itp. Czynią go wyjątkowym wśród innych pierwiastków. Jedną z ważnych właściwości atomu, która w dużym stopniu decyduje o tym, jak połączy się z innymi atomami w celu utworzenia cząsteczek, jest elektroujemność.
Atomowe przeciąganie liny
„Elektroujemność jest miarą powinowactwa atomu do elektronów i jest nieodłączną cechą każdego atomu” - mówi Eric Ferreira, profesor nadzwyczajny na wydziale chemii Uniwersytetu w Georgii. „Opiera się na wielu czynnikach charakterystycznych dla atomu, w tym na rozmiarze i liczbie protonów w jądrze”.
Elektroujemność atomu jest zasadniczo miarą względnego prawdopodobieństwa, że wspólne elektrony będą znajdować się bliżej tego atomu niż innego.
„To działa tak, jakby dwie osoby bawiły się liną w przeciąganie liny” - mówi Ferreira. „Jednostki to jądra atomowe, a lina to elektrony. Jeśli jednostki ciągną z równą siłą, wówczas lina jest równo podzielona. Ale jeśli jedna osoba ciągnie mocniej niż druga, wtedy więcej liny zacznie się zbierać na osobę, która ciągnie mocniej. Zasadniczo osoba, która ciągnie mocniej, jest bardziej elektroujemna, przyciągając gęstość liny (lub elektronu) w tym kierunku ”.
Pamiętasz z lekcji chemii w szkole średniej, że protony w jądrze atomu są naładowane dodatnio, przyciągając w ten sposób ujemnie naładowane elektrony, które krążą wokół nich. Kiedy dwa atomy są połączone ze sobą, jednym ze sposobów ich sklejania jest dzielenie między sobą pary elektronów - nazywa się to wiązaniem kowalencyjnym. Ale atomy w wiązaniu kowalencyjnym mogą nie dzielić w równym stopniu opieki nad elektronami - jeśli atomy dwóch różnych pierwiastków dzielą elektrony w wiązaniu kowalencyjnym, elektrony mogą spędzać więcej czasu bliżej jądra jednego atomu niż drugiego. Dobrym tego przykładem jest wiązanie między jednym atomem tlenu a dwoma atomami wodoru w cząsteczce wody: Jądro atomu tlenu przyciąga wspólne elektrony silniej niż jądra wodoru. W związku z tym,atom tlenu jest bardziej elektroujemny niż atomy wodoru - lepiej niż wodory przyciąga elektrony do jądra.
Codzienna elektroujemność
Dobrym przykładem sposobu, w jaki ludzie codziennie wykorzystują elektroujemność, jest teflon, polimer politetrafluoroetylenu (PTFE), który może pokryć patelnię, aby nie przywierać do niej jajecznicy. Polimer ten jest długim łańcuchem wiązań węgiel-węgiel, w którym każdy wewnętrzny atom węgla ma również przyłączone dwa atomy fluoru. Ze wszystkich pierwiastków fluor jest najbardziej elektroujemny, więc elektrony wiążące są ściśle związane z atomami fluoru.
Cząsteczki można przyciągać do siebie poprzez specjalne interakcje, takie jak siły dyspersyjne Londynu . Siły te powstają, gdy stale poruszające się elektrony w cząsteczce są przyciągane do jednego obszaru cząsteczki, tworząc w cząsteczce plamy, które są bardziej naładowane ujemnie, a inne bardziej dodatnio.
W szczególnym przypadku teflonu, ponieważ fluor jest tak elektroujemny, jądra w jego atomach minimalizują ruch elektronów - atom fluoru jest tak atrakcyjny dla elektronów, że rzadko chcą one w ogóle przebywać wokół jąder węgla. Oznacza to, że ruch elektronów, który powodowałby przyciąganie sił rozpraszających w Londynie, został zniwelowany, co skutkuje „nieprzywierającymi” właściwościami teflonu.
Elektroujemność odgrywa również rolę w tworzeniu farmaceutyków:
„Wiele leków to małe cząsteczki, które są zaprojektowane do interakcji z określonymi białkami w organizmie, które pełnią określone funkcje” - mówi Ferreira. „Te interakcje opierają się na fizycznym kształcie cząsteczki, aby precyzyjnie dopasować się do kształtu receptora białka - pomyśl o kluczu pasującym do zamka. Te interakcje międzycząsteczkowe mogą być oparte na siłach elektrostatycznych i dlatego można zaprojektować leki, w których natura elektronowa jest „dostrojony” do określonych atomów w oparciu o ich elektroujemność, aby zmaksymalizować skuteczność interakcji ”.
Więc następnym razem, gdy wypijesz szklankę wody, zrobisz kanapkę z serem z grilla lub zażyjesz lekarstwo, dziękuję chemii za to, że każdy element jest trochę inny - a niektóre są bardziej atrakcyjne niż inne.
Teraz to jest interesujące
Pojęcie elektroujemności zostało wprowadzone przez Linusa Paulinga w 1932 roku. W skali Paulinga fluorowi przypisuje się elektroujemność 3,98, a pozostałe pierwiastki są skalowane względem tej wartości. Im wyższa wartość elektroujemności, tym silniej ten pierwiastek przyciąga wspólne elektrony. Pauling i Marie Curie to jedyne osoby, którym za życia przyznano dwie niewspólne Nagrody Nobla.
