Elektrmanfiylik nima

Elektrmanfiylik (χ) (nisbiy elektrmanfiylik) — atomning asosiy kimyoviy xossasi bo‘lib, uning elektronlarni o‘ziga tortish qobiliyatini miqdoriy jihatdan ifodalaydi. Bu atomning molekulada umumiy elektron juftlarini o‘ziga tortish, ya’ni boshqa atomlarning elektronlarini (elektron zichligini) o‘ziga jalb qilish qobiliyatidir. Eng yuqori elektrmanfiylik galogenlarda va kuchli oksidlovchilarda (p-elementlarda, F, O, N, Cl), eng past elektrmanfiylik esa faol metallarda (s-elementlarida I guruh, Na, K, Cs).

Tavsif

Atomlarning elektrmanfiyligi haqidagi zamonaviy tushunchani amerikalik kimyogar L. Poling fanga kiritgan. U elektrmanfiylik tushunchasi yordamida turli atomlar orasidagi A—B bog‘lanish energiyasi (A va B — istalgan kimyoviy elementlarning belgilari), odatda, bir xil atomlar orasidagi A—A va B—B bog‘lanish energiyalarining geometrik o‘rtacha qiymatidan yuqori bo‘lishini tushuntirgan.^{[manba 1888 kundan beri ko‘rsatilmagan]}

Atomlar elektrmanfiyligini baholashning dastlabki va eng mashhur (eng keng qo‘llanadigan) shkalasi — nisbiy atom elektrmanfiyligi uchun Poling taklif qilgan. Shkalada 0,7 qiymat fransiy atomlariga, 4,0 qiymat esa ftor atomlariga to‘g‘ri keladi. Ftor — eng elektrmanfiy element; undan keyingi o‘rinda kislorod (3,5), so‘ng azot va xlor (ishqoriy va ishqoriy-yer metallari elektrmanfiyligi eng kichik elementlar bo‘lib, ularning qiymatlari 0,7—1,2 oralig‘ida, galogenlarniki esa eng yuqori — 4,0—2,5 oralig‘ida bo‘ladi. Odatdagi metallmaslarning elektrmanfiyligi umumiy qiymatlar oralig‘ining o‘rtasiga to‘g‘ri keladi va, odatda, 2 ga yaqin yoki 2 dan biroz yuqori bo‘ladi. Vodorodning elektrmanfiyligi 2,2 deb qabul qilingan. Ko‘pchilik o‘tish metallarining elektrmanfiyligi 1,5—2,0 oralig‘ida bo‘ladi. Asosiy guruhchalardagi og‘ir elementlarning elektrmanfiyligi ham 2,0 ga yaqin. Moddalarning turli xossalariga asoslangan boshqa bir qancha elektrmanfiylik shkalalari ham mavjud. Biroq ulardagi elementlarning nisbiy joylashuvi deyarli bir xil.^{[manba 1888 kundan beri ko‘rsatilmagan]}

Elektrmanfiylikning nazariy ta’rifini amerikalik fizik R. Malliken taklif qilgan. U molekuladagi atomning elektron zaryadini o‘ziga tortish qobiliyati atomning ionlanish energiyasiga va uning elektronga moyilligiga bog‘liq ekaniga asoslanib, A atomining elektrmanfiyligini tashqi elektronlarning bog‘lanish energiyasining valent holatlar ionlanishidagi o‘rtacha qiymati (masalan, A⁻ dan A⁺ gacha) sifatida qaragan va shu asosda atom elektrmanfiyligi uchun quyidagi sodda munosabatni taklif qilgan:

\chi ={\frac {1}{2}}\left(J_{1}^{A}+\varepsilon _{A}\right),

bu yerda

J_{1}^{A}

— atomning ionlanish energiyasi,

\varepsilon _{A}

— elektronga moyillik.

Hozirgi vaqtda atomlarning elektrmanfiyligini aniqlashning ko‘plab usullari mavjud. Ularning natijalari orasidagi farqlar odatda kichik bo‘lib, qiymatlar bir-biriga yaxshi mos keladi va ichki ziddiyatlarga ega emas.
Yuqorida tavsiflangan Malliken shkalasidan tashqari, moddalarning turli xossalariga asoslangan 20 dan ortiq elektrmanfiylik shkalasi mavjud. Ular qatoriga L. Poling shkalasi (oddiy moddalardan murakkab modda hosil bo‘lgandagi bog‘lanish energiyasiga asoslangan), Ollred—Roxov shkalasi (tashqi elektronga ta’sir qiluvchi elektrostatik kuchga asoslangan), Oganov shkalasi va boshqalar kiradi. Oganov 2021-yilda taklif etgan formula molekulaning ionlar hisobiga barqarorlashuvini ko‘paytuvchi omil sifatida hisobga oladi va elektrmanfiyliklar farqi kichik bo‘lganda ham, katta bo‘lganda ham aniqroq hisoblash imkonini beradi. 2022-yilda Nankay universiteti olimi Syao Dun, Oganov va boshqalar yuqori bosim sharoitida kimyoviy elementlarning elektrmanfiyligini hisoblab chiqdilar: 500 ming atm, 2 mln atm va 5 mln atm.

Turli formulalar asosida hisoblangan elektrmanfiylik shkalalarining qiymatlari
Element	shkala Poling (eV^1/2)	shkala Malliken (eV)	shkala Allen (eV)	shkala Martinov va Batsanov (eV^1/2)	shkala Oganov (o‘lchovsiz qiymatlar)
H	2,2	7,18	2,3	-	3,04
Li	0,98	3	0,912	0,95	2,17
Na	0,93	2,84	0,869	0,9	2,15
K	0,82	2,42	0,734	0,8	2,07
Rb	0,82	2,33	0,706	0,8	2,07
Cs	0,79	2,18	0,659	0,75	1,97
Fr	0,7	2,21	0,67	0,7	2,01
Be	1,57	4,41	1,576	1,5	2,42
Mg	1,31	3,62	1,293	1,2	2,39
Ca	1	3,07	1,034	1	2,2
Sr	0,95	2,87	0,963	1	2,13
Ba	0,89	2,68	0,881	0,9	2,02
Ra	0,9	2,69	0,89	0,9	-
Sc	1,36	3,37	1,19	1,3	2,35
Ti	1,54	3,45	1,38	1,6	2,23
V	1,63	3,64	1,53	(II) 1.5 (III) 1.7 (V) 2.00	2,08
Cr	1,66	3,72	1,65	(II) 1.6 (III) 1.8 (V) 2.2	2,12
Mn	1,55	3,46	1,75	(II) 1.5 (III) 1.8 (IV) 2.0 (VII) 2.3	2,2
Fe	1,83	4,03	1,8	(II) 1.8 (III) 1.9	2,32
Co	1,88	4,27	1,84	(II) 1.8 (III) 2.0 (IV) 3.1	2,34
Ni	1,91	4,4	1,88	(II) 1.9 (III) 2.0 (IV) 3.4	2,32
Cu	1,9	4,48	1,85	(I) 1.8) (II) 2.1	2,86
Zn	1,65	4,4	1,59	1,6	2,26
Y	1,22	3,26	1,12	1,25	2,52
Zr	1,33	3,53	1,32	1,5	2,05
Nb	1,6	3,84	1,41	(III) 1.6 (V) 1.9	2,59
Mo	2,16	3,92	1,47	(IV) 1.8 (VI) 2.2	2,47
Tc	1,9	3,91	1,51	(IV) 1.9	2,82
Ru	2,2	4,2	1,54	(II) 2.0 (III) 2.0 (IV) 2.1	2,68
Rh	2,28	4,3	1,56	(II) 2.1 (III) 2.1	2,65
Pd	2,2	4,45	1,58	(II) 2.2 (III) 2.2 (IV) 2.3	2,7
Ag	1,93	4,44	1,87	1,9	2,88
Cd	1,69	4,14	1,52	1,7	2,36
Hf	1,3	3,5	1,16	1,4	2,01
Ta	1,5	4,1	1,34	(III) 1.5 (V) 1.8	2,32
W	2,36	4,4	1,47	(IV) 1.8 (V) 2.1	2,42
Re	1,9	3,97	1,6	(IV) 1.9	2,59
Os	2,2	4,89	1,65	(II) 2.0 (III) 2.1 (IV) 2.2	2,72
Ir	2,2	5,34	1,68	(II) 2.1 (III) 2.2	2,79
Pt	2,28	5,57	1,72	(II) 2.3 (III) 2.3 (IV) 2.4	2,98
Au	2,54	5,77	1,92	(I) 2.0 (III) 2.4	2,81
Hg	2	4,97	1,76	1,8	2,92
B	2,04	4,29	2,05	1,9	3,04
Al	1,61	3,21	1,613	1,5	2,52
Ga	1,81	3,21	1,756	1,7	2,43
In	1,78	3,09	1,656	1,8	2,29
Tl	1,62	3,24	1,789	(I) 1.4 (III) 1.9	2,26
C	2,55	6,26	2,544	2,5	3,15
Si	1,9	4,77	1,916	1,9	2,82
Ge	2,01	4,57	1,994	2	2,79
Sn	1,96	4,23	1,824	(II) 1.8 (IV) 2.0	2,68
Pb	2,33	3,89	1,854	(II) 1.9 (IV) 2.1	2,62
N	3,04	7,23	3,066	3	3,56
P	2,19	5,62	2,253	2,1	3,16
As	2,18	5,31	2,211	2	3,15
Sb	2,05	4,85	1,984	(III) 1.9 (V) 2.2	3,05
Bi	2,02	4,11	2,01	(III) 1.9 (V) 2.2	-
O	3,44	7,54	3,61	3,55	3,78
S	2,58	6,22	2,589	2,5	3,44
Se	2,55	5,89	2,424	2,4	3,37
Te	2,1	5,49	2,158	2,1	3,14
Po	2	4,91	2,19	2	-
F	3,98	10,41	4,193	4	4
Cl	3,16	8,29	2,869	3	3,56
Br	2,96	7,59	2,685	2,8	3,45
I	2,66	6,76	2,359	2,5	3,2
At	2,2	5,87	2,39	2,2	-
La	1,1	3,06	-	1,2	2,49
Ce	1,12	3,05	-	-	2,61
Pr	1,13	3,21	-	-	2,24
Nd	1,14	3,72	-	-	2,11
Pm	1,13	2,86	-	-	-
Sm	1,17	2,9	-	-	1,9
Eu	1,2	2,89	-	-	1,81
Gd	1,2	3,14	-	-	2,4
Tb	1,1	3,51	-	-	2,29
Dy	1,22	3,15	-	-	2,07
Ho	1,23	3,18	-	-	2,12
Er	1,24	3,21	-	-	2,02
Tm	1,25	3,61	-	-	2,03
Yb	1,1	3,12	-	-	1,78
Lu	1,27	2,89	1,09	-	2,68
Th	1,3	3,63	-	(IV) 1.3	2,62
U	1,38	3,36	-	(IV) 1.4 (V) 1.6 (VI) 1.8	2,45
He	-	12,29	4,16	-	-
Ne	-	10,78	4,787	-	-
Ar	-	7,88	3,242	-	-
Kr	3,23	7	2,966	-	-
Xe	3,02	6,07	2,582	-	-
Rn	2,81	5,37	2,6	-	-

Qat’iy aytganda, elementga o‘zgarmas elektrmanfiylik qiymatini berib bo‘lmaydi. Atomning elektrmanfiyligi ko‘plab omillarga, jumladan, uning valent holatiga, rasmiy oksidlanish darajasiga, birikma turiga, koordinatsion soniga, atomni o‘rab turgan ligandlarning tabiatiga va boshqa omillarga bog‘liq. So‘nggi vaqtlarda elektrmanfiylikni tavsiflash uchun orbital elektrmanfiylik deb ataladigan tushunchadan tobora ko‘proq foydalanilmoqda. U bog‘lanishda ishtirok etadigan atom orbitalining turi va elektronlar bilan to‘lganlik darajasiga, ya’ni orbitalda bo‘linmagan elektron jufti mavjudligi, uning bitta juftlashmagan elektron bilan bandligi yoki bo‘sh ekaniga bog‘liq. Elektrmanfiylikni talqin qilish va aniqlashda muayyan qiyinchiliklar bo‘lsa-da, u molekulyar tizimlardagi bog‘lanishlar tabiatini sifat jihatidan tavsiflash va oldindan aytish uchun zarur bo‘lib qoladi. Bunga bog‘lanish energiyasi, elektron zaryadining taqsimlanishi, bog‘lanishning ionlilik darajasi (qutblilik), kuch doimiysi va boshqalar kiradi.

XX asrning o‘rtalari va ikkinchi yarmida kvant kimyosi molekulyar tuzilmalarni tavsiflash vositasi sifatida jadal rivojlangan davrda L. Poling yondashuvi samarali bo‘ldi. U boshqa tadqiqotlari qatorida o‘zining elektrmanfiylik shkalasini yaratdi. Bu shkalada «standart» elementlar orasida eng katta qiymat ftorga ( ${\chi }({\rm {{F})~{\approx }~4,1}}$ ), eng kichik qiymat esa fransiyga ( ${\chi }({\rm {{Fr})~{\approx }~0,7}}$ ) tegishli. Ushbu nazariyada bog‘lanishning ionlilik darajasi, ya’ni elektrmanfiyligi yuqoriroq atom valent elektronlarini butunlay o‘ziga «tortib olgan» tuzilmaning umumiy rezonans «manzarasi»ga qo‘shgan hissasi quyidagicha aniqlanadi:

${\omega }=1-{\exp {\left(-{\frac {({\Delta }{\chi })^{2}}{4}}\right)}}$

bu yerda ${\Delta }{\chi }$ — bog‘lanish hosil qiluvchi atomlar elektrmanfiyliklarining farqi.

Hozirgi kunda eng rivojlangan yondashuvlardan biri Sanderson usulidir. Uning asosida atomlar orasida kimyoviy bog‘lanish hosil bo‘lganda ularning elektrmanfiyligi tenglashishi g‘oyasi yotadi. Ko‘plab tadqiqotlarda Sanderson elektrmanfiyligi bilan anorganik birikmalarning deyarli barcha davriy jadval elementlariga xos eng muhim fizik-kimyoviy xossalari o‘rtasidagi bog‘liqliklar aniqlangan. Sanderson usulining organik birikmalar uchun molekuladagi atomlar o‘rtasida elektrmanfiylikni qayta taqsimlashga asoslangan o‘zgartirilgan shakli ham juda samarali bo‘lgan.

Atomlar elektrmanfiyligining amaliy shkalasi

Elektrmanfiylik shkalalari o‘rtasidagi bog‘liqliklarni batafsil o‘rganish atomlar elektrmanfiyligining amaliy shkalasini tanlashda yangi yondashuvni shakllantirish imkonini berdi. Bu amaliy shkalaning asosi sifatida Luo—Benson konsepsiyasi olinib, unda kovalent radius r tushunchasidan foydalaniladi. Fizik ma’nosiga ko‘ra, atomning χ_ЛБ elektrmanfiyligi atom yadrosidan r masofada joylashgan valent elektronining tortilish energiyasiga mutanosib kattalikdir:

$\chi _{\text{ЛБ}}={\frac {m+n}{r}}$

Bu yerda m va n — atomning valent qavatidagi p- va s-elektronlar soni.

Luo va Bensonning o‘zlari χ _ЛБ kattalik (atom elektrmanfiyligi) uchun aniqroq «kovalent potensial» atamasini tavsiya qilgan. Elektrmanfiylikning amaliy shkalasini ishlab chiqish jarayonida Luo va Benson shkalasi d- va f-elementlar elektrmanfiyligi bilan to‘ldirildi. Ular uchun hisoblash tenglamasiga tashqi elektronlar soni ikki deb kiritilgan. Amaliy shkaladagi atomlar elektrmanfiyligi χ* va ularning kovalent radiuslari r (Å) qiymatlari jadvalda keltirilgan:

Amaliy shkala bo‘yicha atomlar elektrmanfiyligi χ* va ularning kovalent radiuslari r (Å) qiymatlari.

Z	Element	χ*	r
1	H	2,7	0,371
3	Li	0,75	1,337
4	Be	2,08	0,96
5	B	3,66	0,82
6	C	5,19	0,771
7	N	6,67	0,75
8	O	8,11	0,74
9	F	9,915	0,706
11	Na	0,65	1,539
12	Mg	1,54	1,30
13	Al	2,40	1,248
14	Si	3,41	1,173
15	P	4,55	1,10
16	S	5,77	1,04
17	Cl	7,04	0,994
19	K	0,51	1,953
20	Ca	1,15	1,74
21	Sc	1,49	1,34
22	Ti	1,57	1,27
23	V	1,65	1,21
24	Cr	1,72	1,16
25	Mn	1,71	1,17
26	Fe	1,72	1,16
27	Co	1,83	1,09
28	Ni	1,92	1,04
29	Cu	2,30	0,87
30	Zn	1,87	1,07
31	Ga	2,38	1,26
32	Ge	3,24	1,223
33	As	4,20	1,19
34	Se	5,13	1,17
35	Br	6,13	1,141
37	Rb	0,48	2,087
38	Sr	1,05	1,91
39	Y	1,31	1,52
40	Zr	1,40	1,43
41	Nb	1,43	1,40
42	Mo	1,46	1,37
43	Tc	1,56	1,28
44	Ru	1,65	1,21
45	Rh	1,69	1,18
46	Pd	1,80	1,11
47	Ag	1,79	1,12
48	Cd	1,56	1,28
49	In	2,00	1,497
50	Sn	2,83	1,412
51	Sb	3,62	1,38
52	Te	4,38	1,37
53	I	5,25	1,333
55	Cs	0,43	2,323
56	Ba	1,01	1,98
57	La	1,17	1,71
59	Pr	1,20	1,66
61	Pm	1,23	1,63
63	Eu	1,23	1,62
65	Tb	1,28	1,56
67	Ho	1,31	1,53
69	Tm	1,33	1,50
70	Yb	1,34	1,49
71	Lu	1,36	1,47
72	Hf	1,41	1,42
73	Ta	1,44	1,39
74	W	1,45	1,38
75	Re	1,46	1,37
76	Os	1,46	1,37
77	Ir	1,46	1,37
78	Pt	1,49	1,34
79	Au	1,50	1,33
80	Hg	1,51	1,32
81	Tl	1,91	1,57
82	Pb	2,60	1,55
83	Bi	3,29	1,52
84	Po	4,03	1,49
85	At	4,67	1,50

Jadvalda keltirilgan χ* qiymatlar majmuasi amaliy elektrmanfiylik shkalasining muhim xususiyatini ko‘rsatadi: ushbu shkalada vodorod elektrmanfiyligining χ*(H)=2,7 qiymati metallar (М) va metallmaslar [Н] o‘rtasidagi aniq chegarani belgilaydi: χ*(М) < χ*[Н]. Faqat o‘tishdan keyingi metallar (Sn, Bi, Po) bundan mustasno. Boshqa shkalalarda esa elektrmanfiyligi vodorodnikidan kichik bo‘lgan elementlar qatoriga metallardan tashqari ko‘pchilik metallmaslar (B, Si, Ge, As, Sb, Te), Parr—Pirson shkalasida esa hatto uglerod, fosfor, oltingugurt, selen va yod ham kiradi.

Vodorodning amaliy shkaladagi alohida o‘rni uning elektrmanfiyligini elementlar elektrmanfiyligi uchun «mezon» deb qarashga asos bo‘ladi. Bu esa χ*(X)/ χ*(H) nisbat bilan aniqlanadigan o‘lchovsiz χ* amaliy shkalasiga o‘tish imkonini beradi.

Nisbiy elektrmanfiylik qiymatlari

Guruh

I A

II A

III B

IV B

V B

VI B

VII B

VIII B

I B

II B

III A

IV A

V A

VI A

VII A

VIII A

Davr

1

H
2,20

He
4,5

2

Li
0,99

Be
1,57

B
2,04

C
2,55

N
3,04

O
3,44

F
3,98

Ne
4,4

3

Na
0,98

Mg
1,31

Al
1,61

Si
1,90

P
2,19

S
2,58

Cl
3,16

Ar
4,3

4

K
0,82

Ca
1,00

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
1,90

Zn
1,65

Ga
1,81

Ge
2,01

As
2,18

Se
2,55

Br
2,96

Kr
3,00

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
2,20

Ag
1,93

Cd
1,69

In
1,78

Sn
1,96

Sb
2,05

Te
2,1

I
2,66

Xe
2,60

6

Cs
0,79

Ba
0,89

*

Hf
1,3

Ta
1,5

W
2,36

Re
1,9

Os
2,2

Ir
2,20

Pt
2,28

Au
2,54

Hg
2,00

Tl
1,62

Pb
2,33

Bi
2,02

Po
2,0

At
2,2

Rn
2,2

7

Fr

0,7

Ra
0,9

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Lantanoidlar

*

La
1,1

Ce
1,12

Pr
1,13

Nd
1,14

Pm
1,13

Sm
1,17

Eu
1,2

Gd
1,2

Tb
1,1

Dy
1,22

Ho
1,23

Er
1,24

Tm
1,25

Yb
1,1

Lu
1,27

Aktinoidlar

**

Ac
1,1

Th
1,3

Pa
1,5

U
1,38

Np
1,36

Pu
1,28

Am
1,13

Cm
1,28

Bk
1,3

Cf
1,3

Es
1,3

Fm
1,3

Md
1,3

No
1,3

Lr
1,291