Elektronegativität

Elektronegativität Definition

Jedes Element hat eine bestimmte Elektronegativität (EN). Chemiker verwenden dafür auch gerne das Formelzeichen $\chi$ (chi). Die Elektronegativität bemisst die Fähigkeit eines Elements/Atoms, in einer Bindung die Bindungselektronen an sich zu ziehen. Wie groß die Elektronegativität eines Elements ist, kannst Du mithilfe des Periodensystems herausfinden. Die Elektronegativitäten sind dort nämlich auf den Elementtafeln eingetragen. Es sind immer Zahlen zwischen 0,7 und 4.

Periodensystem Elektronegativität

Das Element Fluor (F) hat immer die höchste Elektronegativität. Sie liegt zwischen 3,98 und 4,10. Das Alkalimetall Francium (Fr) hat die kleinste Elektronegativität. Diese liegt zwischen 0,70 und 0,90. Alle anderen Elemente des Periodensystems haben eine Elektronegativität, die irgendwo dazwischen liegt.

Unten links im Periodensystem findest Du die Elemente mit der kleinsten Elektronegativität. Dabei steigt die Elektronegativität im Periodensystem von links unten (Francium) nach rechts oben (Fluor) stetig an. Innerhalb der Gruppen im Periodensystem sinkt die Elektronegativität von oben nach unten.

Einteilungssysteme der Elektronegativität

Das Elektronegativitätsmodell wurde 1932 von Linus Pauling eingeführt und seitdem mehrfach verändert. Heute werden neben der Pauling-Skala auch die Allred-Rochow- und die Mulliken-Skala verwendet. Aus diesen verschiedenen Skalen resultieren unterschiedliche Elektronegativitäten für chemische Elemente.

Pauling-Skala - Elektronegativität Tabelle

Pauling bestimmte die Elektronegativität auf Basis zweier Elemente A und B, die miteinander verbunden sind. Dabei weisen die Elemente unterschiedliche Elektronegativitäten auf, sodass eines die Bindungselektronen mehr auf seine Seite zieht. Die Differenz ergibt sich anhand dieser Formel:

$$D_{AB}-\sqrt{D_{AA}{D}_{BB}}=96,48\frac{kJ}{mol}(X_A-X_B{)}^2$$

D_AB, D_AA, sowie D_BB sind die Bindungsdissoziationsenergien. Die Bindungsdissoziationsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um chemische Bindungen in die einzelnen Atome zu spalten. Diese Energie kannst Du experimentell bestimmen. Als Bezugspunkt wurde für Fluor ein Wert ${\chi }_F=3,98$ festgelegt. So kann die Differenz der dimensionslosen Elektronegativitätswerte der chemischen Elemente berechnet werden.

Elektronegativität Tabelle

In dieser Tabelle siehst Du für einige Hauptgruppenelemente die resultierende Elektronegativität.

Allred-Rochow-Skala

Bei dieser Skala wird angenommen, dass die Elektronegativität proportional zur elektrostatischen Anziehungskraft F ist. Diese Anziehungskraft wird von der Kernladung Z auf die Bindungselektronen ausgeübt.

$$F\approx \frac{e^2\cdot Z_{eff}}{r^2}$$

r = Atomradius

e = Elementarladung

Z_eff = effektive Kernladungszahl

Mulliken-Skala

Nach Mulliken bildet der Mittelwert aus der Ionisierungsenergie E_I und der Elektronenaffinität E_ea die Elektronegativität.

$${\chi }_M=\frac{E_{ea}+E_I}{2}$$

Die Einheit des Ergebnisses ist Elektronenvolt (eV).

Berechnung der Elektronegativitätsdifferenz

Die Elektronegativität wird genutzt, um herauszufinden, ob Verbindungen eine Ionenbindung oder eine kovalente Bindung (Atombindung) aufweisen. Um dies herauszufinden, musst Du die Differenz aus den Elektronegativitäten der beiden Verbindungspartner bilden.

Du kannst Dir merken, dass bei einer Differenz der Elektronegativitäten über 1,7 immer eine Ionenbindung vorliegt. Bei einem Wert unter 1,7 liegt immer eine Atombindung vor:

• > 1,7 = Ionenbindung
• < 1,7 = Atombindung

Bei Natriumsulfid (Na₂S) ergibt sich eine Elektronegativitätsdifferenz von 1,7 (${\chi }_S-{\chi }_{Na}=2,6-0,9=1,7$). In diesem Beispiel kann man nicht allein durch die Elektronegativität bestimmen, um welchen Bindungstyp es sich handelt. Andere Untersuchungen zeigen jedoch, dass bei Natriumsulfid eine Ionenbindung vorliegt. Dieses Beispiel zeigt, dass 1,7 keine harte Grenze darstellt. Der Übergang ist eher fließend.

Elektronegativität – Polare und unpolare Bindungen

In der Chemie unterscheidet man zwischen polaren und unpolaren Atombindungen. Diese beiden Bindungsarten unterscheiden sich in der Stärke der Anziehung des gemeinsamen Elektronenpaares.

Unpolare Bindungen

Schauen wir uns zunächst mal Sauerstoff an. Sauerstoff kommt immer als O₂ vor. Wenn Du hier die Differenz bildest, ergibt sich: ${\chi }_O-{\chi }_O=3,4-3,4=0$. Dies bedeutet, dass die Sauerstoffatome gleich stark Elektronen zu sich ziehen. Diese Art von Bindung wird als unpolare Atombindung bezeichnet.

Polare Bindungen

Bei Chlorwasserstoff sind die Bindungspartner nicht gleich. Chlor hat eine Elektronegativität von 3,2 und Wasserstoff eine Elektronegativität von 2,2. Hier berechnet sich die Differenz folgendermaßen: ${\chi }_{Cl}-{\chi }_H=3,2-2,2=1$. Chlor ist also elektronegativer als Wasserstoff und zieht die Bindungselektronen mehr zu sich. Solche unausgeglichenen Bindungen nennen sich polare Atombindungen.