Химия повсюду: в лекарствах, которые мы принимаем, в тефлоновом покрытии наших сковородок с антипригарным покрытием, в клетках каждого живого существа на Земле. И каждый элемент в периодической таблице немного отличается - его вес, количество субатомных частиц, состояние вещества, которое он принимает, его температура плавления и т. д. делают его уникальным среди других элементов. Одним из важных свойств атома, которое во многом определяет, как он будет объединяться с другими атомами для образования молекул, является электроотрицательность.
Атомное перетягивание каната
«Электроотрицательность - это мера сродства атома к электронам, и это неотъемлемая характеристика каждого атома», - говорит Эрик Феррейра, доцент кафедры химии Университета Джорджии.«Это основано на многочисленных факторах, характерных для атома, включая размер и количество протонов в ядре».
Электроотрицательность атома, по сути, является мерой относительной вероятности того, что общие электроны будут найдены ближе к этому атому, чем к другому.
«Это похоже на то, как два человека играют в перетягивание каната, - говорит Феррейра. «Индивидуумы - это атомные ядра, а веревка - это электроны. Если индивидуумы тянут с одинаковой силой, то и веревка делится поровну. на человека, который тянет сильнее. По сути, человек, который тянет сильнее, является более электроотрицательным, притягивая плотность веревки (или электронов) к себе."
Вы помните из школьного курса химии, что протоны в ядре атома заряжены положительно, поэтому притягивают к себе отрицательно заряженные электроны. Когда два атома связаны друг с другом, один из способов их склеивания - обмен парой электронов между ними - это называется ковалентной связью. Но атомы в ковалентной связи не могут поровну владеть электронами - если атомы двух разных элементов делят электроны в ковалентной связи, электроны могут проводить больше времени ближе к ядру одного атома, чем другого. Хорошим примером этого является 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 атом водорода - он лучше атома водорода притягивает электроны к своему ядру.
Повседневный электронегатив
Хорошим примером того, как люди ежедневно используют преимущества электроотрицательности, является тефлон, полимерный политетрафторэтилен (ПТФЭ), который может покрывать сковороду, чтобы яичница-болтунья не прилипала к ней. Этот полимер представляет собой длинную цепь углерод-углеродных связей, где каждый внутренний атом углерода также имеет два связанных с ним атома фтора. Из всех элементов фтор является наиболее электроотрицательным, поэтому связывающие электроны плотно прилегают к атомам фтора.
Молекулы могут притягиваться друг к другу за счет особых взаимодействий, таких как лондонские дисперсионные силы. Эти силы возникают, когда постоянно движущиеся электроны в молекуле притягиваются к одному участку молекулы, создавая участки в молекуле с более отрицательным зарядом и другие с более положительным зарядом.
В конкретном случае с тефлоном, поскольку фтор настолько электроотрицателен, ядра в его атомах сводят к минимуму количество движения электронов - атом фтора настолько притягивает электроны, что они редко хотят болтаться вокруг ядер углерода совсем. Это означает, что движение электронов, которое могло бы создать привлекательные лондонские дисперсионные силы, сводится к нулю, что приводит к «неприлипающим» характеристикам тефлона.
Электроотрицательность также играет 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 том, что физическая форма молекулы точно соответствует форме белкового рецептора - подумайте о ключе, вставляемом в замок. Эти межмолекулярные взаимодействия могут быть основаны на электростатических силах, и поэтому можно создавать лекарства, в которых электронная природа «настраивается» на определенные атомы на основе их электроотрицательности, чтобы максимизировать эффективность взаимодействия».
Итак, в следующий раз, когда вы выпьете стакан воды, или приготовите бутерброд с жареным сыром, или примете лекарство, поблагодарите химию за то, что она сделала каждый элемент немного другим - и некоторые из них более привлекательными, чем другие.
Интересно
Понятие электроотрицательности было введено Лайнусом Полингом в 1932 году. По шкале Полинга фтору присваивается электроотрицательность 3,98, и другие элементы масштабируются относительно этого значения. Чем выше значение электроотрицательности, тем сильнее этот элемент притягивает общие электроны. Полинг и Мария Кюри - единственные два человека, удостоенные двух неразделенных Нобелевских премий за свою жизнь.