Химия повсюду: в лекарствах, которые мы принимаем, в тефлоновом покрытии наших сковородок с антипригарным покрытием, в клетках всех живых существ на Земле. И каждый элемент в периодической таблице немного отличается - его вес, количество субатомных частиц, которое он имеет, состояние вещества, которое он принимает, его температура плавления и т. Д., Делают его уникальным среди других элементов. Одно важное свойство атома, которое во многом определяет, как он будет объединяться с другими атомами, чтобы образовывать молекулы, - это электроотрицательность.
Атомный перетягивание каната
«Электроотрицательность - это мера сродства атома к электронам, и это внутренняя характеристика каждого атома», - говорит Эрик Феррейра, доцент кафедры химии Университета Джорджии. «Это основано на многочисленных факторах, специфичных для атома, включая размер и количество протонов в ядре».
Электроотрицательность атома - это, по сути, измерение относительной вероятности того, что общие электроны будут обнаружены ближе к этому атому, чем к другому.
«Это похоже на два человека, играющих в перетягивание каната с веревкой», - говорит Феррейра. «Люди - это атомные ядра, а веревка - это электроны. Если люди тянут с одинаковой силой, то веревка делится поровну. Но если один человек тянет сильнее, чем другой, то веревка начинает собирать больше. у человека, который тянет сильнее. По сути, человек, который тянет сильнее, более электроотрицателен, тянет к себе веревку (или электронную) плотность ".
Вы помните из класса химии в средней школе, протоны в ядре атома заряжены положительно, поэтому они привлекают отрицательно заряженные электроны на орбиту вокруг них. Когда два атома связаны вместе, один из способов их склеивания - разделение пары электронов между собой - это называется ковалентной связью. Но атомы в ковалентной связи могут не разделять опеку электронов поровну - если атомы двух разных элементов разделяют электроны в ковалентной связи, электроны могут проводить больше времени ближе к ядру одного атома, чем к ядру другого. Хороший пример этого - связь, образованная между одним атомом кислорода и двумя атомами водорода в молекуле воды: ядро атома кислорода притягивает общие электроны сильнее, чем ядра водорода. Следовательно,атом кислорода более электроотрицателен, чем атомы водорода - он лучше, чем атомы водорода, притягивает электроны к своему ядру.
Повседневная электроотрицательность
Хорошим примером того, как люди ежедневно пользуются преимуществами электроотрицательности, является тефлон, полимер политетрафторэтилен (ПТФЭ), которым можно покрыть сковороду, чтобы омлет не прилипал к нему. Этот полимер представляет собой длинную цепочку углерод-углеродных связей, где каждый внутренний углеродный атом также имеет два связанных с ним атома фтора. Из всех элементов фтор является наиболее электроотрицательным, поэтому связывающие электроны прочно удерживаются на атомах фтора.
Молекулы могут притягиваться друг к другу посредством особых взаимодействий, таких как лондонские дисперсионные силы . Эти силы создаются, когда постоянно движущиеся электроны в молекуле притягиваются к одной области молекулы, создавая в молекуле пятна, которые заряжены более отрицательно, а другие - более положительно.
В конкретном случае тефлона, поскольку фтор настолько электроотрицателен, ядра в его атомах минимизируют количество движения электронов - атом фтора настолько привлекателен для электронов, что они вообще редко хотят зависать вокруг ядер углерода. Это означает, что движение электронов, которое создавало бы притягивающие лондонские дисперсионные силы, сводится на нет, что приводит к «антипригарным» характеристикам тефлона.
Электроотрицательность также играет важную роль в создании фармацевтических препаратов:
«Многие лекарства представляют собой небольшие молекулы, и они предназначены для взаимодействия с определенными белками в организме, которые выполняют определенные функции», - говорит Феррейра. «Эти взаимодействия основаны на физической форме молекулы, которая точно соответствует форме рецептора белка - представьте, что ключ вставляется в замок. Эти межмолекулярные взаимодействия могут быть основаны на электростатических силах, и поэтому можно создавать лекарства, электронная природа которых «настраивается» на определенные атомы на основе их электроотрицательности, чтобы максимизировать эффективность взаимодействия ».
Итак, в следующий раз, когда вы выпьете стакан воды, сделаете бутерброд с жареным сыром или примете лекарство, поблагодарите химию за то, что каждый элемент немного отличается - и некоторые из них более привлекательны, чем другие.
Вот это интересно
Концепция электроотрицательности была введена Линусом Полингом в 1932 году. По шкале Полинга фтору приписывается электроотрицательность 3,98, а другие элементы масштабируются относительно этого значения. Чем выше значение электроотрицательности, тем сильнее этот элемент притягивает общие электроны. Полинг и Мария Кюри - единственные два человека, которые когда-либо были удостоены двух неразделенных Нобелевских премий за свою жизнь.
