Chemie Grundlagen

Elektronegativität

Falls dir der Begriff der Elektronegativität nicht mehr ganz so geläufig ist, bist du hier genau richtig! Hier erklären wir dir, was Elektronegativität bedeutet und zeigen dir dann ihre verschiedenen Bemessungsskalen. Des Weiteren betrachten wie die Elektronegativität im Periodensystem näher und haben auch eine zusammenfassende Tabelle mit den wichtigsten Elektronegativitäten aufbereitet!

Wenn du dir das Ganze lieber audiovisuell näher bringen möchtest, schau unbedingt unser Video  dazu an!

Inhaltsübersicht

Elektronegativität Definition

Die Elektronegativität ist ein Maß dafür, wie stark ein Element im ungeladenen Zustand fähig ist, innerhalb einer chemischen Bindung die Bindungselektronen an sich zu ziehen.

Merke
Je mehr die Bindungselektronen an einen der beiden Bindungspartner gezogen werden, desto mehr polaren und einen desto geringeren kovalenten Charakter hat die Bindung.

Tendenziell haben solche Elemente eine höhere Elektronegativität, denen nur wenige Elektronen zur Vervollständigung des Oktett-Zustands fehlen.

Verschiedene Skalen der Elektronegativität

Die Elektronegativität ist eine Größe, die nur relativ schwierig zu erfassen ist. Ziel dieser Größe ist es eigentlich, die Fähigkeit Elektronen anziehen zu können, quantitativ zu erfassen. Allerdings kann diese streng genommen nicht isoliert für jedes Element erfasst werden, sondern muss immer in Zusammenhang mit dem Molekül-Komplex gesehen muss, in den das Element eingebunden ist. Daher hat es über die Zeit mehrere Versuche gegeben, diese Größe zu definieren.

Elektronegativität nach Allred Rochow

Eine eher unbekannte Skala zur Messung der Elektronegativität ist diejenige von Allred-Rochow. Diese Skala geht in der Grundidee davon aus, dass man die Elektronegativität darüber erfassen kann, wie stark die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Bindungselektronen und den Ladungen im Kern ist. Dabei hat die Allred Rochow Skala sehr viel Anleihen aus dem Coloumbschen Gesetz genommen:

F_c = \frac {q^2}{4πε_0r^2}

Jedoch hat man bei Anwendung des Coloumb Gesetzes noch nicht berücksichtigt, dass die Bindungselektronen generell immer die äußersten Elektronen des Atoms sind und zwischen ihnen und dem Kern noch andere Elektronen liegen. Diese verringern die elektrostatische Kraft zwischen Kern und Bindungselektronen beträchtlich. Diese reduzierte Anziehungskraft wird in der Größe der effektiven Kernladung erfasst, die mithilfe der Slater-Regeln berechnet werden kann. Aus diesen Überlegungen ergibt sich folgende Gleichung für die nach Allred Rochow resultierende Kraft auf die Bindungselektronen:

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

F= Kraft auf Bindungselektron ; Z=effektive Kernladung ; r= Abstand Kern-Bindungselektron; e=Elementarladung

Die Allred Rochow Elektronegativität ist dann direkt proportional zu dieser Kraft. Der Vorteil dieser Skala liegt daran, dass die in ihr verarbeiteten Größen im Gegensatz zu den anderen Skalen leicht zugänglich sind. Dafür ist die Modellvorstellung eines Atoms als isolierte positive und negative Ladungen, die einander anziehen, relativ simpel.

Elektronegativität nach Mulliken

Ein anderer Ansatz, die Elektronegativität quantitativ zu erfassen, war die Überlegung, dass sehr elektronegative Elemente von außen sehr gerne weitere Elektronen aufnehmen, obwohl sie dadurch in den geladenen Zustand übergehen.

Gleichzeitig müssen elektronegative Elemente aber auch sehr ungern Elektronen wieder abgeben. Für die Beschreibung dieses Verhalten wählte Mulliken zum einen die Elektronenaffinität, welche beschreibt, welche Energiekosten bzw. welcher Energie-Zugewinn stattfindet, wenn ein Atom im ungeladenen Zustand ein Elektron aufnimmt. So zum Beispiel setzt Fluor dabei Energie frei, Neon dagegen muss dabei Energie aufnehmen:

F + 1e^-   \longrightarrow F^-              (\delta H = -328kJ/mol)

Ne + 1e^- \longrightarrow Ne^-          ( \delta H = +30kJ/mol)

Der Unterschied zwischen den beiden kommt dadurch zustande, dass Neon schon den energetisch günstigen Edelgaszustand erreicht hat, Fluor ihn erst durch Aufnahme eines weiteren Elektrons erreichen kann. Der entgegen gesetzte Prozess, die Abgabe eines Elektrons im ungeladenen Zustand, wird durch die Ionisierungsenergie quantitativ beschrieben. Sie beschreibt also folgenden Prozess, beispielhaft an Natrium und Fluor gezeigt:

Na \longrightarrow Na^+ +1e^- (\delta H = +495 kJ/mol)

F \longrightarrow F^+ +1e^-  (\delta H=+1681 kJ/mol)

Hier zeigt sich, dass Natrium die Ionisierung wesentlich eher vollzieht als Fluor, was wieder daran liegt, dass Natrium damit den Oktettzustand erreicht, Chlor sich jedoch weiter davon entfernt. Setzt man diese beiden Größen zusammen, lässt sich daraus, die Mulliken Elektronegativität berechnen, sie ist nur das arithmetische Mittel aus den beiden:

χ_M = \frac {E_a + E_I}{2}

E_a = Elektronenaffinit\"at;  E_I = Ionisierungsenergie

Dabei werden jedoch alle Werte in Elektronenvolt angegeben. Diese Skala hat den Nachteil, dass vor allem die Größe der Elektronenaffinität oftmals nicht experimentell zugänglich ist und daher auf angenäherte Werte zurückgegriffen werden muss.

Elektronegativität nach Pauling

Die letzte Skala, nach der man die Elektronegativität erfassen kann, ist die Pauling Skala. Sie ist die am meisten verwendete Skala von allen. Pauling sah in der Elektronegativität die Hauptursache, dass eine Bindung zwischen zwei verschiedenen Elementen ionischen Charakter haben kann. Dabei betrachtete er nicht absolute Werte der Elektronegativität, sondern nur Differenzen von dieser. Denn nur eine Differenz in der Elektronegativität zu einem einseitigen Anziehen der Elektronen zu einem der beiden Bindungspartner führen würde und damit zu einer ionischen Bindung.

Weiterhin ist bekannt, dass ein höherer ionischer Bindungsanteil zu einer stärkeren Bindung führt. Über die Differenz der Bindungsstärken zwischen einer unpolarisierten Bindung A-A zwischen zwei gleichen Atomen und der polarisierten Bindung A-B, die ionischen Charakter hat, wollte er daher auf die Elektronegativität schließen.

Für die Messung der Bindungsstärken wählte er die Dissoziationsenergien. Diese beschreibt wie viel Energie man aufwenden muss, um eine Bindung homolytisch, also in zwei Radikale, zu spalten. Um daraus die Elektronegativität zu erfassen, wählte er folgenden Zusammenhang:

D_{A-B} - } \sqrt{D_{A-A} \cdot D_{B-B}} = 96,48 kJ/mol \cdot (\chi}_A - \chi_B)^2

96,48= Umrechnungsfaktor von kJ/mol in eV pro Atom

Da man über diese Gleichung nur Differenzen in der Elektronegativität messen kann, brauchte man noch einen Referenzpunkt. Dafür wählte man das Element, mit der höchsten Elektronegativität: Fluor. Für dieses setzte man einen Wert von χ=3,98 fest, auf dessen Basis man auch die Elektronegativitäten der anderen Elemente erfassen konnte.

Auch hier stellt sich das Problem, dass die Dissoziationsenergien nur schwer experimentell zugänglich sind und oftmals sogar verschiedene Werte verwendet werden für die Berechnung von χ. Daher ergeben sich teilweise auch variierende Werte für die Elektronegativitäten der einzelnen Elemente. Auch wurde früher für den Referenzpunkt von Fluor ein Wert von 4 statt 3,98 festgesetzt, was nochmals zu anderen Werten führte.

Trends für die Elektronegativität im Periodensystem

Es ist nahezu unmöglich, alle Werte für die Elektronegativität der Elemente zu kennen. Jedoch existieren einige Trends für die Hauptgruppenelemente, durch die man anhand der Position des Elements im Periodensystems erkennen kann, ob die Elektronegativität tendenziell groß oder klein ist.

Der erste Trend ist, dass die Elektronegativität von oben nach unten abnimmt. Dies liegt daran, dass die Abschirmung der Valenzelektronen durch weiter innen liegende Elektronen nach unten immer effektiver wird. Dadurch nehmen neu hinzukommende Elektronen die Anziehung zum Kern weniger stark wahr und sind auch schwächer an diesen gebunden.

Der zweite Trend ist, dass die Elektronegativität von links nach rechts zunimmt. Auch das kann man wieder durch die Abschirmung begründen. Von links nach rechts nimmt die Kernladung immer jeweils um 1 zu, jedoch die Abschirmung der Elektronen gemäß den Slater Regeln nicht um den selben Betrag. Dadurch wird die Anziehungskraft des Kerns auf jedes einzelne Elektron von links nach rechts, mit steigender Kernladungszahl, zunehmen. Dadurch werden auch Bindungselektronen stärker angezogen.

Elektronegativität, Pauling, Mulliken, Periodensystem
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Elektronegativität im Periodensystem

Elektronegativität im Periodensystem Tabelle

Oftmals ist es jedoch doch notwendig, die einzelnen Elektronegativitäten im PSE zu kennen. Darum kannst du sie hier nach der gängigsten Skala nach Pauling nachschlagen:

Element Elektronegativität
H 2,2
Li 0,98
Na 0,93
K 0,82
Rb
0,82
Cs 0,79
Fr 0,7
Be 1,57
Mg 1,31
Ca 1
Sr 0,95
Ba 0,89
Ra 0,9
B 2,04
Al 1,61
Ga 1,81
In 1,78
Tl 1,8
C 2,55
Si 1,9
Ge 2,01
Sn 1,96
Pb 1,8
N 3,04
P 2,19
As 2,18
Sb 2,05
Bi 1,9
O 3,44
S 2,58
Se 2,55
Te 2,1
Po 2
F 3,98
Cl 3,16
Br 2,96
I 2,66
At 2,2
Kr 3,0
Xe 2,6

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