Electronegativity, Polarity and Hydrogen Bonds ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി
A shared pair is not always shared fairly. In a tug of war the stronger team pulls the rope towards itself – and in a covalent bond the atom with the greater electronegativity pulls the shared pair towards itself. On this page you read Pauling's electronegativity scale (Fig 3.12), use the 1.7 rule to decide ionic or covalent, see why HCl and water are polar but CO₂ is not, and discover how hydrogen bonds make water a liquid and let ice float.
1. Is the pair shared equally?
Q (page 55). HF തന്മാത്രയിൽ പങ്കുവയ്ക്കപ്പെട്ട ഇലക്ട്രോണുകളെ രണ്ടാറ്റങ്ങളും ഒരുപോലെയായിരിക്കുമോ ആകർഷിക്കുന്നത്? In the HF molecule, do both atoms attract the shared electrons equally?
Electronegativity ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി is the relative ability of an atom in a covalent bond to attract the shared electron pair towards itself.
മൂലകങ്ങളുടെ ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി താരതമ്യം ചെയ്യുന്നതിനായി നിരവധി ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി സ്കെയിലുകൾ ആവിഷ്കരിച്ചിട്ടുണ്ട്. ലിനസ് പോളിങ് (Linus Pauling) ആവിഷ്കരിച്ച ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി സ്കെയിലാണ് കൂടുതലായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നത്. Many electronegativity scales ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി സ്കെയിൽ have been devised to compare the electronegativity of elements. The one devised by Linus Pauling is the most widely used.
ലിനസ് പോളിങ് ആവിഷ്കരിച്ച ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി സ്കെയിലിൽ പൂജ്യത്തിനും നാലിനും ഇടയിലുള്ള വിലകളാണ് മൂലകങ്ങളുടെ ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റിയായി നൽകിയിട്ടുള്ളത്. ഈ സ്കെയിലിൽ ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി ഏറ്റവും കൂടിയ മൂലകം ഫ്ലൂറിനാണ്. On Pauling's scale the electronegativity of the elements is given as values between 0 and 4. The element with the highest electronegativity on this scale is fluorine (3.98). Electronegativity is a relative number – it has no unit.
The American chemist Linus Pauling worked out how atoms are held together in molecules and crystals, and in 1932 he proposed the electronegativity scale that this chapter uses. Go further: he is the only person to have won two Nobel Prizes without sharing them – Chemistry in 1954 (for his work on the chemical bond) and Peace in 1962 (for his campaign against nuclear weapons tests).
2. Pauling's scale (Fig 3.12) and the tug of war
പോളിങ് ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി സ്കെയിലിന്റെ ഒരു ഭാഗമാണ് ചുവടെ ചേർത്തിരിക്കുന്നത് (ചിത്രം 3.12). Below is a part of Pauling's electronegativity scale (Fig 3.12), with the values exactly as in the textbook. Tap one element (A), then another (B) – the tug of war below shows how the two atoms would pull on a shared pair.
The rope picture is a model: the further the pair slides, the more unequal the sharing. At a difference of 1.7 or more the pull is so unequal that, in general, the electron is transferred and ions form. The 1.7 line is a rule of thumb, not a sharp wall.
Use the "light up" buttons. Across period 2 the values rise from lithium (0.98) to fluorine (3.98) – the atoms get smaller and the nucleus holds a shared pair more tightly. Down group 17 they fall: F 3.98, Cl 3.16, Br 2.96, I 2.66. Metals (left) have low values; non-metals (top right) have high values. Noble gases are left out – they hardly ever form bonds.
3. Ionic or covalent? The 1.7 rule
ഒരു സംയുക്തത്തിലെ ഘടകമൂലകങ്ങളുടെ ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി വിലകൾ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം 1.7-ന് തുല്യമോ അതിലധികമോ ആണെങ്കിൽ പൊതുവേ അവയ്ക്ക് അയോണിക സ്വഭാവവും 1.7-ൽ കുറവാണെങ്കിൽ സഹസംയോജക സ്വഭാവവും ആയിരിക്കും.
If the difference between the electronegativity values of the elements in a compound is equal to or more than 1.7, the compound is generally ionic; if it is less than 1.7, it is generally covalent. Always subtract the smaller value from the larger.
Activity (page 56). ചിത്രം 3.12 വിശകലനം ചെയ്ത് ഘടക മൂലകങ്ങളുടെ ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി വ്യത്യാസം കണ്ടെത്തി സയൻസ് ഡയറിയിൽ രേഖപ്പെടുത്തുക. Analyse Fig 3.12, find the difference in electronegativity of the constituent elements and record it in your science diary. Type the difference (e.g. 2.23) and the nature (ionic or covalent), then press Check.
• HCl: Cl 3.16 − H 2.20 = 0.96 < 1.7 → covalent
• Na₂O: O 3.44 − Na 0.93 = 2.51 ≥ 1.7 → ionic
• CaCl₂: Cl 3.16 − Ca 1.00 = 2.16 ≥ 1.7 → ionic
• CH₄: C 2.55 − H 2.20 = 0.35 < 1.7 → covalent
• MgF₂: F 3.98 − Mg 1.31 = 2.67 ≥ 1.7 → ionic
(The number of atoms in the formula does not matter – compare one value of each element.)
Seminar support
Activity (page 56). വിവിധ സംയുക്തങ്ങളുടെ പട്ടിക തയ്യാറാക്കുക. അവയിലെ രാസബന്ധനങ്ങൾ ഏത് വിഭാഗത്തിൽപെടുന്നുവെന്ന് ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി സ്കെയിൽ ഉപയോഗിച്ച് വിശദീകരിക്കുക. ഈ വിഷയത്തിൽ ഒരു സെമിനാർ തയ്യാറാക്കി ക്ലാസിൽ അവതരിപ്പിക്കുക. Prepare a list of various compounds. Explain, using the electronegativity scale, which type their chemical bonds belong to. Prepare a seminar on this topic and present it in class.
| Compound | Values (Fig 3.12) | Difference | Nature |
|---|---|---|---|
| KCl potassium chloride | Cl 3.16, K 0.82 | 2.34 | ionic |
| MgO magnesium oxide | O 3.44, Mg 1.31 | 2.13 | ionic |
| LiF lithium fluoride | F 3.98, Li 0.98 | 3.00 | ionic |
| H₂O water | O 3.44, H 2.20 | 1.24 | covalent (polar) |
| NH₃ ammonia | N 3.04, H 2.20 | 0.84 | covalent (polar) |
| CO₂ carbon dioxide | O 3.44, C 2.55 | 0.89 | covalent |
| CCl₄ carbon tetrachloride | Cl 3.16, C 2.55 | 0.61 | covalent |
| Cl₂, O₂, N₂, H₂ | same element | 0 | covalent (non-polar) |
A seminar plan (5 minutes): ① what electronegativity means (key box) and who made the scale (Pauling, 0–4, fluorine highest) · ② the 1.7 rule · ③ your table, worked out on the board · ④ one ionic and one covalent example drawn as dot diagrams (pages 4 and 7) · ⑤ a "think further": the rule says generally – values close to 1.7 are borderline (for example Mg and N: 3.04 − 1.31 = 1.73). Use the tug-of-war lab above to show each pair live.
4. Polar nature പോളാർ സ്വഭാവം
ദ്വയാറ്റോമിക മൂലകതന്മാത്രകളിലെ രണ്ട് ആറ്റങ്ങൾക്കും ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി തുല്യമായതിനാൽ, പങ്കുവയ്ക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോൺ ജോഡിയെ അവ തുല്യമായി ആകർഷിക്കുന്നു. ഉദാ. H₂, N₂, O₂ എന്നിവ. എന്നാൽ സംയുക്ത തന്മാത്രകളിൽ ഇങ്ങനെയല്ല. ഹൈഡ്രജൻ ക്ലോറൈഡ് തന്മാത്ര പരിഗണിക്കൂ. In diatomic element molecules both atoms have the same electronegativity, so they attract the shared pair equally – for example H₂, N₂ and O₂. In compound molecules it is not like this. Consider the hydrogen chloride molecule. ചിത്രം 3.12 പരിശോധിച്ച് ചുവടെ നൽകിയിരിക്കുന്ന ചോദ്യങ്ങൾക്ക് ഉത്തരം എഴുതുക. Examine Fig 3.12 and answer:
Q (page 57). ഹൈഡ്രജന്റെ ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി മൂല്യം എത്ര? What is the electronegativity value of hydrogen?
Q (page 57). ക്ലോറിന്റെ ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി മൂല്യം എത്ര? What is the electronegativity value of chlorine?
Q (page 57). സഹസംയോജകബന്ധനത്തിൽ ഏർപ്പെട്ട ഇലക്ട്രോൺ ജോഡിയെ ഏത് മൂലക ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസാണ് കൂടുതൽ ആകർഷിക്കാൻ സാധ്യത? The nucleus of which atom is likely to attract the shared electron pair more?
ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി കൂടിയ ക്ലോറിൻ ആറ്റം പങ്കുവയ്ക്കപ്പെട്ട ഇലക്ട്രോൺ ജോഡിയെ കൂടുതൽ ആകർഷിക്കും. ഇതിന്റെ ഫലമായി ക്ലോറിന് ഭാഗിക നെഗറ്റീവ് ചാർജും (ഡെൽറ്റ നെഗറ്റീവ്, δ⁻) ഹൈഡ്രജന് ഭാഗിക പോസിറ്റീവ് ചാർജും (ഡെൽറ്റ പോസിറ്റീവ്, δ⁺) കൈവരുന്നു. The more electronegative chlorine atom attracts the shared pair more. As a result chlorine gets a partial negative charge (delta negative, δ⁻) and hydrogen a partial positive charge (delta positive, δ⁺) ഭാഗിക പോസിറ്റീവ് / നെഗറ്റീവ് ചാർജ്. "Partial" means less than the full charge of an ion – no electron has left hydrogen completely. It is shown like this:
hydrogen chloride ഹൈഡ്രജൻ ക്ലോറൈഡ്
ആറ്റങ്ങളിൽ ഭാഗികമായി വിപരീത വൈദ്യുതചാർജ് രൂപീകരിക്കപ്പെട്ട സഹസംയോജക തന്മാത്രകളെ പോളാർ തന്മാത്രകൾ എന്നു വിളിക്കുന്നു. CO, HF, HCl, H₂O, NH₃ എന്നിവ പോളാർ സംയുക്തങ്ങൾക്ക് ഉദാഹരണങ്ങളാണ്. Covalent molecules in which partial opposite charges have formed on the atoms are called polar molecules പോളാർ തന്മാത്രകൾ. CO, HF, HCl, H₂O and NH₃ are examples of polar compounds. Try H–F, O–H and N–H in the tug of war: the δ− is always on F, O or N.
5. Polarity and the shape of molecules
The geometrical shape ജ്യാമിതീയ ആകൃതി of a molecule is also a factor in deciding the polar nature of covalent compounds. In molecules like CO₂, CCl₄ and BeF₂ the atoms differ a lot in electronegativity, yet the molecules do not show polar nature – because of their special shape: the pulls of the bonds are equal and point in opposite directions, so they cancel.
Arrows point towards the more electronegative atom; their length grows with the electronegativity difference. CCl₄ and NH₃ are really 3-D (CCl₄ is a tetrahedron); they are drawn flat here, but the result – cancel or not – is the same. Move the angle slider to imagine a bent CO₂ or a straight water molecule.
6. Water – a polar molecule ജലം ഒരു പോളാർ തന്മാത്ര
ജലം ഒരു പോളാർ തന്മാത്രയാണ്. ജലത്തിന്റെ വിഭിന്ന സവിശേഷതകൾക്ക് കാരണം അതിന്റെ പോളാർ സ്വഭാവമാണ്. തന്മാത്രയുടെ പോളാർ സ്വഭാവം മൂലം അവയ്ക്കിടയിൽ ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധനം എന്ന സവിശേഷമായ ആകർഷണബലവും നിലനിൽക്കുന്നുണ്ട്. മോളിക്യൂലർ മാസ് കുറവായിരുന്നിട്ടും ജലം ദ്രാവകാവസ്ഥയിൽ ആയിരിക്കാൻ കാരണം ഇതാണ്. കാർബണികവും അകാർബണികവുമായ നിരവധി സംയുക്തങ്ങളെ ലയിപ്പിച്ച് സാർവിക ലായകമാകാൻ ജലത്തിന് കഴിയുന്നതിന്റെ കാരണവും ഈ പോളാർ സ്വഭാവമാണ്.
Water is a polar molecule: oxygen (3.44) pulls both shared pairs away from the hydrogens (2.20), so O is δ− and each H is δ+, and the molecule is bent. Water's many special properties come from this polar nature:
- Because of it, a special force of attraction called the hydrogen bond ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധനം exists between water molecules.
- That is why water is a liquid although its molecular mass is small (18). Carbon dioxide (44) and hydrogen sulphide (34) are heavier molecules – yet they are gases at room temperature.
- Its polar nature also lets water dissolve a great many organic (carbon) and inorganic compounds – salt, sugar, ORS powder – so water is called the universal solvent സാർവിക ലായകം.
A hydrogen atom covalently bonded to a highly electronegative atom gets a partial positive charge. The electrostatic force of attraction between such a δ+ hydrogen and an electronegative atom of another molecule or the same molecule is the hydrogen bond.
ജലത്തിന്റെ സവിശേഷ സ്വഭാവങ്ങൾക്ക് ഒരു കാരണം തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധനമാണ്. ഐസിന്റെ സാന്ദ്രത ജലത്തിന്റേതിനെക്കാൾ കുറഞ്ഞിരിക്കുന്നതിനും കാരണം ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധനമാണ്.Hydrogen bonds between the molecules are one reason for the special properties of water. They are also the reason why the density of ice is less than that of water.
ഫ്ലൂറിൻ, ഓക്സിജൻ, നൈട്രജൻ എന്നീ മൂലകങ്ങളുമായി സഹസംയോജക ബന്ധനത്തിലേർപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഹൈഡ്രജനാണ് സാധാരണയായി ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധനത്തിലേർപ്പെടുന്നത്. അമോണിയ, ഹൈഡ്രജൻ ഫ്ലൂറൈഡ് എന്നീ തന്മാത്രകളും പ്രോട്ടീൻ, ന്യൂക്ലിക് ആസിഡ് എന്നീ ജൈവ തന്മാത്രകളും ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധനമുള്ള തന്മാത്രകൾക്ക് ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.Usually it is hydrogen bonded covalently to fluorine, oxygen or nitrogen that takes part in hydrogen bonding. Ammonia and hydrogen fluoride, and the biomolecules proteins and nucleic acids (like the DNA in your cells), are examples of molecules with hydrogen bonds.
Besides the covalent and ionic bonds inside substances, there are forces of attraction and repulsion between tiny particles (atoms, molecules). These are called intermolecular forces അന്തർതന്മാത്രാബലങ്ങൾ. The hydrogen bond is an example of an intermolecular force. It is much weaker than a covalent bond – boiling water breaks hydrogen bonds between molecules, but the O–H bonds inside each molecule stay whole (go further).
Water and ice lab
A flat (2-D) sketch: in real ice the network is 3-D and every hydrogen takes part in a hydrogen bond; the lighter H atoms point out of the screen to molecules in the next layer. The empty spaces are drawn larger than they really are – ice is only about 8 % less dense than water.
Ice floats in your glass of water and on ponds in cold countries. Because the ice stays on top, the water below does not freeze solid, and fish survive the winter. Water also needs a lot of heat to boil because hydrogen bonds must be broken first – that is part of why sweating cools you down.
- 📄 Electronegativity Wikipedia
The Pauling scale and how it predicts ionic or covalent bonds. - 📄 Linus Pauling – Facts NobelPrize.org
The scientist who made the electronegativity scale (Nobel Prize in Chemistry 1954). - 🧪 Molecule Polarity (PhET simulation) PhET, University of Colorado Boulder
Change the electronegativity of atoms and watch δ+ and δ− appear. - 📄 Chemical polarity Wikipedia
Polar and non-polar molecules, and why CO₂ is non-polar. - 🧪 Molecule Shapes: Basics (PhET simulation) PhET, University of Colorado Boulder
Go further: the shapes of molecules such as CO₂ and BeF₂. - 📄 Hydrogen bond Wikipedia
The special attraction between water molecules. - 📄 Properties of water Wikipedia
Why water is a liquid, a universal solvent, and why ice floats. - 📄 Intermolecular force Wikipedia
Forces between molecules, including hydrogen bonding.
7. Check yourself
- Electronegativity: the relative ability of an atom in a covalent bond to attract the shared pair. Pauling scale 0–4; fluorine is highest (3.98).
- Difference ≥ 1.7 → generally ionic; < 1.7 → generally covalent (larger value − smaller value).
- Unequal sharing gives partial charges: δ+H–Clδ−. Such molecules are polar (CO, HF, HCl, H₂O, NH₃). H₂, N₂, O₂ are non-polar.
- Shape matters: CO₂, CCl₄, BeF₂ have polar bonds but are non-polar molecules – the pulls cancel.
- Hydrogen bond: attraction between a δ+ H (bonded to F, O or N) and an electronegative atom; an intermolecular force. It keeps water liquid, makes water a universal solvent and makes ice less dense than water.
Next: Valency ▶