Elektronegativität

Elektronegativität (Abkürzung EN; Formelzeichen $\chi$ (f1griechisch Vorlage:Lang – Parameter fehlt Chi)) ist ein relatives Maß für die Fähigkeit eines Atoms, in einer chemischen Bindung Elektronenpaare an sich zu ziehen.^[1] Sie wird unter anderem von der Kernladung und dem Atomradius bestimmt. Die Elektronegativität kann daher als Anhaltspunkt für die Polarität und den Ionenbindungscharakter einer Bindung genommen werden: Je höher der Unterschied in der Elektronegativität der gebundenen Elemente, desto polarer ist die Bindung.

Atome mit hoher Elektronegativität bezeichnet man auch als elektronegativ, solche mit geringer Elektronegativität als elektropositiv. Die Elektronegativität ist umso größer, je weniger Elektronen auf der Außenschale fehlen, weil diese „Lücken“ leicht aufgefüllt werden können. Sie nimmt daher in der Regel innerhalb einer Elementperiode von links nach rechts zu, da die Kernladungszahl wächst. Innerhalb einer Elementgruppe nimmt sie von oben nach unten ab, hauptsächlich weil der Abstand zum Kern immer größer wird. Die Anziehungskraft des Kerns auf die Elektronen wird dadurch kleiner.

Nichtmetalle sind stärker elektronegativ und nehmen daher bevorzugt Elektronen auf. Metalle sind schwach elektronegativ und geben Elektronen ab. Edelgase besitzen keine Elektronegativität, weil sie sich bereits in einem sehr stabilen Zustand befinden.

Bestimmung

Es existieren verschiedene Methoden zur Bestimmung der EN. Die Hauptschwierigkeit dabei ist, dass sich die EN auf das Verhalten eines bestimmten Atoms in einem Atomverband – in einer Einfachbindung – bezieht und nicht auf einzelne, voneinander isolierte Atome im Gaszustand (wie die Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität), und dass sie in hohem Maß von der Art und der Anzahl der mit dem betreffenden Atom sonst noch verbundenen Atome abhängt. Durch Berechnung der Elektronegativitätsdifferenz zwischen möglichen Reaktionspartnern lassen sich jedoch unter Zuhilfenahme von Faustregeln Aussagen zur Heftigkeit aktivierter Reaktionen und zur chemischen Bindung der dadurch entstehenden Stoffe treffen.

Einteilungssysteme

Das Elektronegativitätsmodell wurde 1932 durch Linus Pauling eingeführt und später mehrmals verfeinert. Heute finden neben der Pauling-Skala auch die Skalen von Allred-Rochow und Mulliken Verwendung.

Allred-Rochow-Skala

Die Elektronegativität nach Albert L. Allred und Eugene G. Rochow (1958)^[2] wird oft auch mit $c_{AR}$ oder $\chi _{AR}$ bezeichnet.

Die Skala beruht auf der Überlegung, dass die Elektronegativität proportional zur elektrostatischen Anziehungskraft F ist, die die Kernladung Z auf die Bindungselektronen (von inneren Elektronen abgeschirmt) ausübt:

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

wobei r der Atomradius, e die Elementarladung und $Z_{\rm {eff}}$ die effektive Kernladungszahl ist.

**Allred-Rochow-Werte der Elektronegativität im Periodensystem der Elemente**
IUPAC-Gruppe	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Periode
1	H 2,20																	He
2	Li 0,97	Be 1,47											B 2,01	C 2,50	N 3,07	O 3,50	F 4,17	Ne
3	Na 1,01	Mg 1,23											Al 1,47	Si 1,74	P 2,06	S 2,44	Cl 2,83	Ar
4	K 0,91	Ca 1,04	Sc 1,20	Ti 1,32	V 1,45	Cr 1,56	Mn 1,60	Fe 1,64	Co 1,70	Ni 1,75	Cu 1,75	Zn 1,66	Ga 1,82	Ge 2,02	As 2,20	Se 2,48	Br 2,74	Kr
5	Rb 0,89	Sr 0,99	Y 1,11	Zr 1,22	Nb 1,23	Mo 1,30	Tc 1,36	Ru 1,42	Rh 1,45	Pd 1,30	Ag 1,42	Cd 1,46	In 1,49	Sn 1,72	Sb 1,82	Te 2,01	I 2,21	Xe
6	Cs 0,86	Ba 0,97	La 1,10	Hf 1,23	Ta 1,33	W 1,40	Re 1,46	Os 1,52	Ir 1,55	Pt 1,44	Au 1,42	Hg 1,44	Tl 1,44	Pb 1,55	Bi 1,67	Po 1,76	At 1,96	Rn
7	Fr 0,86	Ra 0,97	Ac	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og

Mulliken-Skala

In der Mulliken-Skala (1934 von Robert S. Mulliken vorgeschlagen) wird die Elektronegativität als Mittelwert aus der Ionisierungsenergie $E_{I}$ und der Elektronenaffinität $E_{\rm {ea}}$ (electron affinity) berechnet:

\chi _{\rm {M}}={\frac {E_{\rm {ea}}+E_{I}}{2}}

Diese Energie wird in Elektronenvolt angegeben.^[1]

**Mulliken-Werte der Elektronegativität im Periodensystem der Elemente**
IUPAC-Gruppe	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Periode
1	H 2,10																	He
2	Li 1,28	Be 1,99											B 1,83	C 2,67	N 3,08	O 3,21	F 4,42	Ne
3	Na 1,21	Mg 1,63											Al 1,37	Si 2,03	P 2,39	S 2,65	Cl 3,54	Ar
4	K 1,03	Ca 1,30	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga 1,34	Ge 1,95	As 2,26	Se 2,51	Br 3,24	Kr
5	Rb 0,99	Sr 1,21	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn 1,83	Sb	Te 2,34	I 2,88	Xe
6	Cs	Ba	La	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	Ac	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og

Pauling-Skala

Das Pauling-Modell beruht auf der Elektronegativitätsdifferenz zweier Atome A und B als Maß für den ionischen Anteil ihrer Bindung A-B.^[1] Sie setzt die Kenntnis der experimentell ermittelten Bindungsdissoziationsenergien der Moleküle A–B, A₂ und B₂ voraus.

Die Elektronegativitätsdifferenz zweier Atome A und B ergibt sich gemäß:

$D_{AB}-{\sqrt {D_{AA}D_{BB}}}=96{,}48~{\frac {\rm {kJ}}{\rm {mol}}}(\chi _{A}-\chi _{B})^{2}$

Zur Berechnung der dimensionslosen Elektronegativitätswerte der chemischen Elemente aus der Differenz wurde für Fluor der Wert $\chi _{F}=3{,}98$ als Referenzpunkt festgelegt.

In der Literatur finden sich oft unterschiedliche Werte für die EN nach Pauling, was auf folgende Gründe zurückzuführen ist:

Die Bindungsdissoziationsenergien sind für manche Elemente bzw. Verbindungen experimentell schwer zugänglich.
Früher verwendete Referenzwerte waren $\chi _{F}=4{,}00$ und $\chi _{H}=2{,}10$ .
Statt des geometrischen Mittels ${\sqrt {D_{AA}D_{BB}}}$ wurde früher auch das arithmetische Mittel ${\tfrac {D_{AA}+D_{BB}}{2}}$ verwendet.
Schließlich finden sich in der Literatur unterschiedliche Werte für den Proportionalitätsfaktor.

**Pauling-Werte der Elektronegativität im Periodensystem der Elemente**^[3]
IUPAC-Gruppe	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Periode
1	H 2,2																	He — ^[4]
2	Li 0,98	Be 1,57											B 2,04	C 2,55	N 3,04	O 3,44	F 3,98	Ne — ^[4]
3	Na 0,93	Mg 1,31											Al 1,61	Si 1,9	P 2,19	S 2,58	Cl 3,16	Ar — ^[4]
4	K 0,82	Ca 1	Sc 1,36	Ti 1,54	V 1,63	Cr 1,66	Mn 1,55	Fe 1,83	Co 1,88	Ni 1,91	Cu 1,9	Zn 1,65	Ga 1,81	Ge 2,01	As 2,18	Se 2,55	Br 2,96	Kr 3,0^[5]^[6]
5	Rb 0,82	Sr 0,95	Y 1,22	Zr 1,33	Nb 1,6	Mo 2,16	Tc 1,9	Ru 2,2	Rh 2,28	Pd 2,2	Ag 1,93	Cd 1,69	In 1,78	Sn 1,96	Sb 2,05	Te 2,1	I 2,66	Xe 2,6^[5]^[6]
6	Cs 0,79	Ba 0,89	La* 1,1	Hf 1,3	Ta 1,5	W 2,36	Re 1,9	Os 2,2	Ir 2,2	Pt 2,2	Au 2,4	Hg 1,9	Tl 1,8	Pb 1,8	Bi 1,9	Po 2	At 2,2	Rn — ^[4]
7	Fr 0,7	Ra 0,9	Ac** 1,1	Rf —	Db —	Sg —	Bh —	Hs —	Mt —	Ds —	Rg —	Cn —	Nh —	Fl —	Mc —	Lv —	Ts —	Og —


Lanthanoide	*	La 1,1	Ce 1,12	Pr 1,13	Nd 1,14	Pm 1,1^[7]	Sm 1,17	Eu 1,2^[7]	Gd 1,2	Tb 1,1^[7]	Dy 1,22	Ho 1,23	Er 1,24	Tm 1,25	Yb 1,1^[7]	Lu 1,27^[7]
Actinoide	**	Ac 1,1	Th 1,3	Pa 1,5	U 1,38	Np 1,3	Pu 1,28^[7]	Am 1,13^[7]	Cm 1,28^[7]	Bk 1,3^[7]	Cf 1,3^[7]	Es 1,3^[7]	Fm 1,3^[7]	Md 1,3^[7]	No 1,3^[7]	Lr 1,3^[7]

Andere Elektronegativitäts-Skalen

Nach L. C. Allen wird die Elektronegativität aus dem Energiezustand der Valenzelektronen berechnet, was eine spektroskopische Bestimmung erlaubt. R. T. Sanderson führt die Elektronegativität wie Allred und Rochow auf die effektive Kernladung zurück.

Fußnoten und Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 Eintrag: electronegativity. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.E01990 (Version: 2.1.5).
↑ A. L. Allred, E. G. Rochow: A scale of electronegativity based on electrostatic force. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 5, 1958, S. 264, doi:10.1016/0022-1902(58)80003-2.
↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Molecular Structure and Spectroscopy, S. 9-98.
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 Für die Pauling-Skala nicht bestimmt, vgl.
L. C. Allen, J. E. Huheey: The definition of electronegativity and the chemistry of the noble gases. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 42, 1980 S. 1523–1524, doi:10.1016/0022-1902(80)80132-1.
T. L. Meek: Electronegativities of the Noble Gases. In: Journal of chemical education. 72, Nr. 1, 1995 S. 17–18.
↑ ^5,0 ^5,1 L. C. Allen, J. E. Huheey: The definition of electronegativity and the chemistry of the noble gases. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 42, 1980 S. 1523–1524, doi:10.1016/0022-1902(80)80132-1.
↑ ^6,0 ^6,1 T. L. Meek: Electronegativities of the Noble Gases. In: Journal of chemical education. 72, Nr. 1, 1995 S. 17–18.
↑ ^7,00 ^7,01 ^7,02 ^7,03 ^7,04 ^7,05 ^7,06 ^7,07 ^7,08 ^7,09 ^7,10 ^7,11 ^7,12 ^7,13 ^7,14 Elektronegativität (Tabellarische Übersicht). uniterra.de. Abgerufen am 18. Juli 2012.

Literatur

Bücher

Linus Pauling: The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals. Mei Ya Publications Taipei, 1960.
Hans Rudolf Christen, Gerd Meyer: Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie. Sauerländer, Frankfurt am Main 1997. ISBN 3-7941-3984-4.

Zeitschriftenaufsätze

Robert S. Mulliken: A New Electroaffinity Scale; Together with Data on Valence States and on Valence Ionization Potentials and Electron Affinities. In: The Journal of Chemical Physics. 2, Nr. 11, 1934 S. 782–793, doi:10.1063/1.1749394.
A. L. Allred: Electronegativity values from thermochemical data. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 17, Nr. 3–4, 1961-05 S. 215–221, doi:10.1016/0022-1902(61)80142-5.
A. L. Allred, E. G. Rochow: A scale of electronegativity based on electrostatic force. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 5, Nr. 4, 1958 S. 264–268, doi:10.1016/0022-1902(58)80003-2.
R. T. Sanderson: Chemical principles revisited: Principles of electronegativity - Part I. General nature. In: Journal of Chemical Education. 65, Nr. 2, 1988 S. 112–118.
R. T. Sanderson: Chemical principles revisited: Principles of electronegativity - Part II. Applications. In: Journal of Chemical Education. 65, Nr. 3, 1988 S. 227–231.
L. C. Allen: Electronegativity is the average one-electron energy of the valence-shell electrons in ground-state free atoms. In: Journal of the American Chemical Society. 111, Nr. 25, 1989 S. 9003–9014, doi:10.1021/ja00207a003.

Weblinks

Wiktionary: Elektronegativität – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Elektronegativitäten (EN) auf The Creative Chemistry on the Internet
ChemGlobe - Elektronegativität
Elektronegativität bei UNI TERRA

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[Gold_Book-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 Eintrag: electronegativity. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.E01990 (Version: 2.1.5).

[2] A. L. Allred, E. G. Rochow: A scale of electronegativity based on electrostatic force. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 5, 1958, S. 264, doi:10.1016/0022-1902(58)80003-2.

[CRC-3] David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Molecular Structure and Spectroscopy, S. 9-98.

[noPauling-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 Für die Pauling-Skala nicht bestimmt, vgl.
L. C. Allen, J. E. Huheey: The definition of electronegativity and the chemistry of the noble gases. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 42, 1980 S. 1523–1524, doi:10.1016/0022-1902(80)80132-1.
T. L. Meek: Electronegativities of the Noble Gases. In: Journal of chemical education. 72, Nr. 1, 1995 S. 17–18.

[AH1980-5] 5,0 ^5,1 L. C. Allen, J. E. Huheey: The definition of electronegativity and the chemistry of the noble gases. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 42, 1980 S. 1523–1524, doi:10.1016/0022-1902(80)80132-1.

[Meek1995-6] 6,0 ^6,1 T. L. Meek: Electronegativities of the Noble Gases. In: Journal of chemical education. 72, Nr. 1, 1995 S. 17–18.

[UniTerra-7] 7,00 ^7,01 ^7,02 ^7,03 ^7,04 ^7,05 ^7,06 ^7,07 ^7,08 ^7,09 ^7,10 ^7,11 ^7,12 ^7,13 ^7,14 Elektronegativität (Tabellarische Übersicht). uniterra.de. Abgerufen am 18. Juli 2012.

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