Chemie is overal:in de medicijnen die we nemen, in de teflonlaag op onze antiaanbakpannen, in de cellen van elk levend wezen op aarde. En elk element op het periodiek systeem is een beetje anders - het gewicht, het aantal subatomaire deeltjes dat het heeft, de toestand van de materie die het aanneemt, het smeltpunt, enz., maakt het uniek onder de andere elementen. Een belangrijke eigenschap van een atoom die veel bepaalt over hoe het zal samenwerken met andere atomen om moleculen te maken, is elektronegativiteit.

Atomic Touwtrekken

"Elektronegativiteit is de maatstaf voor de affiniteit van een atoom voor elektronen, en het is een intrinsiek kenmerk van elk atoom", zegt Eric Ferreira, universitair hoofddocent bij de afdeling scheikunde aan de Universiteit van Georgia. "Het is gebaseerd op tal van factoren die specifiek zijn voor het atoom, waaronder de grootte en het aantal protonen in de kern."

De elektronegativiteit van een atoom is in wezen een maatstaf voor de relatieve waarschijnlijkheid dat de gedeelde elektronen dichter bij dat atoom worden gevonden dan bij een ander.

"Het werkt als twee individuen die touwtrekken met een touw", zegt Ferreira. "De individuen zijn de atoomkernen en het touw zijn de elektronen. Als de individuen met gelijke kracht trekken, wordt het touw gelijkelijk verdeeld. Maar als de ene persoon harder trekt dan de andere, dan zal meer van het touw beginnen te verzamelen naar de persoon die harder trekt. In wezen is de persoon die harder trekt meer elektronegatief en trekt hij de touw (of elektronen) dichtheid naar zich toe."

Je zult je herinneren van de scheikundeles op de middelbare school, de protonen in de atoomkern zijn positief geladen, waardoor ze negatief geladen elektronen aantrekken om eromheen te cirkelen. Wanneer twee atomen aan elkaar zijn gebonden, is een manier waarop ze aan elkaar kleven, door een paar elektronen tussen hen te delen - dit wordt covalente binding genoemd. Maar de atomen in een covalente binding delen de bewaring van de elektronen mogelijk niet gelijk - als atomen van twee verschillende elementen elektronen delen in een covalente binding, kunnen de elektronen meer tijd dichter bij de kern van het ene atoom doorbrengen dan bij het andere. Een goed voorbeeld hiervan is de binding die wordt gevormd tussen één zuurstofatoom en twee waterstofatomen in een watermolecuul:de kern van het zuurstofatoom trekt de gedeelde elektronen sterker aan dan de kernen van de waterstofatomen. Daarom is het zuurstofatoom meer elektronegatief dan de waterstofatomen - het is beter dan de waterstofatomen in het aantrekken van de elektronen naar zijn kern.

Dagelijkse Elektronegativiteit

Een goed voorbeeld van een manier waarop mensen elke dag profiteren van elektronegativiteit, is Teflon, het polymeer polytetrafluorethyleen (PTFE), dat een pan kan bedekken om te voorkomen dat uw roerei eraan blijft plakken. Dit polymeer is een lange keten van koolstof-op-koolstofbindingen, waarbij aan elk intern koolstofatoom ook twee fluoratomen zijn gebonden. Van alle elementen is fluor het meest elektronegatief, dus de bindende elektronen worden stevig vastgehouden aan de fluoratomen.

Moleculen kunnen tot elkaar worden aangetrokken door speciale interacties, zoals de dispersiekrachten van Londen. Deze krachten worden gecreëerd wanneer de constant bewegende elektronen in een molecuul naar één gebied van het molecuul worden getrokken, waardoor er plekken in het molecuul ontstaan ​​die meer negatief geladen zijn en andere die positiever geladen zijn.

In het specifieke geval van teflon, omdat fluor zo elektronegatief is, minimaliseren de kernen in zijn atomen de hoeveelheid elektronenbeweging - het fluoratoom is zo aantrekkelijk voor de elektronen dat ze zelden rond de koolstofkernen willen rondhangen. Dit betekent dat de elektronenbeweging die aantrekkelijke Londense dispersiekrachten zou creëren, teniet wordt gedaan, wat resulteert in de "anti-aanbak"-eigenschappen van teflon.

Elektronegativiteit speelt ook een rol bij de creatie van geneesmiddelen:

"Veel medicijnen zijn kleine moleculen en ze zijn ontworpen om te interageren met bepaalde eiwitten in het lichaam die specifieke functies hebben", zegt Ferreira. "Deze interacties zijn gebaseerd op de fysieke vorm van het molecuul om precies in de receptorvorm van het eiwit te passen - denk aan een sleutel die in een slot past. Deze intermoleculaire interacties kunnen gebaseerd zijn op elektrostatische krachten, en daarom zou men medicijnen kunnen ontwerpen waarbij de elektronische aard is "afgestemd" op specifieke atomen op basis van hun elektronegativiteit om de effectiviteit van de interactie te maximaliseren."

Dus, de volgende keer dat je een glas water drinkt of een tosti maakt of je medicijn neemt, bedank de scheikunde dan voor het maken van elk element een beetje anders - en sommige aantrekkelijker dan andere.

Het concept van elektronegativiteit werd geïntroduceerd door Linus Pauling in 1932. Op de Pauling-schaal krijgt fluor een elektronegativiteit van 3,98 toegewezen, en de andere elementen worden geschaald ten opzichte van die waarde. Hoe hoger de waarde van de elektronegativiteit, hoe sterker dat element de gedeelde elektronen aantrekt. Pauling en Marie Curie zijn de enige twee mensen die ooit in hun leven twee ongedeelde Nobelprijzen hebben gekregen.