[Off Topic, not in syllabus] Electronegativity仲有咩用

事先聲明，以下大部分內容在DSE都不會考，純粹幫助大家理解某些在DSE不會解釋的概念。

之前講起Electronegativity就是用來推斷某分子內的共價鍵是否polar︰如果該共價鍵中兩粒原子來自同一元素，electronegativity一樣而令電子平均分佈，所以是non-polar bond；如果該共價鍵中兩粒原子來自不同元素，electronegativity較高的原子會將shared electron拉向自己一方(遠離另一原子)，令該原子帶partial negative charge而另一原子帶partial positive charge，因此是polar bond。但除此之外這概念還可以用之於氧化數 (Oxidation number, O.N.)。

Oxidation number是大家學Redox的頭幾個概念之一。它可以用於解釋一個反應是否Redox，如是的話哪個物質進行還原(Reduction)和氧化(Oxidation)。以Zinc (Zn) & dilute hydrochloric acid (HCl)為例︰

Zn(s) + 2HCl(aq) à ZnCl(aq) + H₂(g)

Or, Zn(s) + 2H⁺(aq) à Zn²⁺(aq) + H₂(g)

       0           +1              +2               0

首先，Zn atom的O.N.由0上升到+2，所以它經歷Oxidation；H atom的O.N.由+1下跌到0，所以它經歷reduction。問題是以上的O.N.從何推斷，它又如何解釋一個反應是否Redox reaction。答案就在Electronegativity︰

Electronegativity指某原子在鍵內吸引Bonding electron的能力有多強 (注意這裡只講Bonding electron而不是lone pair electrons或其他molecule/atom的electrons)。越細的原子，其核子(nucleus，內有帶正的protons)與bonding electron的距離越短，所以引力越強、electronegativity越大。因此在元素週期表中是在越高及越右的位置Electronegativity就越大 (就是在書中所講的”Increase up the group”和”Increase across the period”)。

某原子的Oxidation number應該是正號或負號視乎它帶(微)正或(微)負電荷，所以在鍵中electronegativity較低的原子會有正數的O.N.，electronegativity較高的原子會有負數的O.N.。而正O.N.的數字則指它在所有鍵中被拉左多少Bonding electrons(即是自己放幾多電子在鍵內，因為放幾多就被人拉左幾多)，負O.N.的數字則指它拉走對家多少bonding electrons。

	Atom with lower electronegativity	Atom with higher electronegativity
+ / -	+	-
Number in O.N.	No. of electrons dragged	No. of electrons attracted

先重溫O.N.的趨勢︰

1.          Atoms in elemental states is Zero.

這條最容易解釋。不論是金屬或非金屬也好，就算分子內有原子也好，因為大家隔離左右全部都係黎自同一隻element，d電子就自然平均分佈。以Cl₂為例︰

既然電子平均分佈的話，分子內的原子就沒有任何微電荷，O.N.自然等於0。

2.          Oxidation number of all monoatomic ion is equal to its charge.

簡單離子例如Na⁺中有一粒電子給拉走，所以其O.N.就是+1。

雖然大家在DSE學electronegativity大部分情況都是形容non-metal所形成的分子，但其實在離子化合物中同樣適用。事實上離子化合物和共價化合物之所以形成不同鍵正是化合物中不同原子之間electronegativity的差別造成。共價化合物如HCl雖然彼此Electronegativity不同而造成極化Polarization，但始終差別不大，所以依然可以互相分享電子來穩定自己。但離子化合物如NaCl因為彼此electronegativity差別太大，所以金屬原子中的電子被扯走到非金屬原子，形成正離子及負離子。

3.          F in all compounds are -1.

Fluorine的electronegativity最大，所以無論它和甚麼原子結合都會拉到一粒bonding electron向自己，所以它除了在元素時O.N.是0之外，在化合物中其O.N.都等於-1。

4.          Oxygen atom in most compounds is -2.

Oxygen的electronegativity僅次於Fluorine，所以它和F以外其他元素(包括Cl, Br, I)組成化合物時都可以拉兩粒電子到自己方，故大多數情況其O.N.-2。

(為簡化圖像，以上分子只包括bond pair electrons)

如果O和F組化合物如OF₂，O的兩粒bonding electrons會被F拉走，所以它在OF₂的O.N.是+2。

5.          Cl, Br, I in most compounds are -1.

Cl、Br和I的electronegativity偏高，所以和大部分元素組成化合物時都可以拉到一粒電子，故在大多數情況其O.N.是-1。HCl就是其中一例︰

但和N、O或F組化合物時因為electronegativity比它們細，所以Cl、Br和I的O.N.就會是+1。如Cl₂O，Cl和O的O.N.分別是+1和-2。

6.          Hydrogen atom in most compounds is +1.

Hydrogen的electronegativity在非金屬原子中是最細的，所以和它們組化合物時，H的O.N.都是+1。但因為H的electronegativity依然比金屬原子大，所以當H和金屬原子結合時，它的O.N.就是+1。例如LiH，Li和H的O.N.分別是+1和-1。

7.          Other atom in Compound or Polyatomic ion:

Sum of oxidation number of ALL ATOMs = Charge of the chemical species

這條比較複雜，如果用Structural formula解釋就最好。例如SO₃^2-︰

將離子內原子的O.N.加起來就等於該離子的電荷︰

x + 3(-2) = -2 à x = +4

而sulphite的離子結構正正告訴我們S有4粒bonding electron給拉開︰

因為其中兩粒O只和S組單鍵，它們各需要額外一粒電子，所以該粒子就帶有2-的電荷。所以這裡可以將等式看作成︰S的O.N.指其分享給O的bonding electrons，O的O.N.某程度上指它需要外面2粒電子才變得穩定，所以將O.N.加起來就等於整粒粒子還需要多少額外的電子才能穩定。

如果是SO₃的話，S的O.N.就是+6，它已提供足夠的電子給O，所以O不需額外的電子，故等式加邊等於0︰

x + 3(-2) = 0 à x = +6

而SO₃的因為它和每個O都組成隻鍵，以下是該分子結構︰

O.N.令大家清楚某物質在反應後是否經歷oxidation / reduction，其實即指某原子有沒有在組成其他物質時有更多/更少電子被拉走，或從其他原子拉走更多/更少電子。例如鈉和水的反應︰

2Na(s) + 2H₂O(l) à 2NaOH(aq) + H_­2(g)

從Na的O.N.由0上升至+1就知道在反應中它失去一粒電子，所以Na經歷了Oxidation；從H的O.N.由+1下跌到0就知道H在反應中「得到」一粒電子︰由在H₂O被O拉走一粒電子到變成H₂時電子不再被拉走而是五五波，因此它經歷了reduction。

希望大家明白O.N.和electronegativity的關係後能更清楚自己背的內容為何物。當然看不明白以上內容的同學都可以放心，因為在DSE解題時基本上不需要用到這些概念，用好O.N.幾條rule就好了，所以做題目時不需要迫自己想太多，最緊要做得夠快。