Electronegativitate: scale, variație, utilitate și exemple

Electronegativitatea este o proprietate relativă periodică care se referă la capacitatea unui atom de a atrage densitatea electronică din mediul său molecular. Este tendința unui atom de a atrage electroni atunci când este atașat la o moleculă. Acest lucru se reflectă în comportamentul multor compuși și în modul în care acestea interacționează intermolecular unul cu altul.

Nu toate elementele atrag electroni din atomii adiacenți în aceeași măsură. În cazul celor care dau cu ușurință densitate electronică, se spune că sunt electropozitivi, în timp ce cei care se "acopera" cu electroni sunt electronegativi . Există multe moduri de a explica și de a observa această proprietate (sau concept).

De exemplu, în hărțile potențialelor electrostatice pentru o moleculă (cum ar fi dioxidul de clor din imaginea de mai sus, ClO2) se observă efectul diferitelor electronegativități pentru atomii de clor și oxigen.

Culoarea roșie indică regiunile bogate în electroni ale moleculei, δ- și culoarea albastră cele care sunt sărace de electroni, δ +. Astfel, după o serie de calcule computaționale, acest tip de hărți poate fi stabilit; multe dintre ele prezintă o relație directă între locația atomilor electronegativi și δ-.

De asemenea, poate fi vizualizat după cum urmează: într-o moleculă, tranzitul electronilor este mai probabil să apară în vecinătatea mai multor atomi electronegativi. Din acest motiv, pentru ClO2 atomii de oxigen (sferele roșii) sunt înconjurați de un nor roșu, în timp ce atomul de clor (sfera verde) a unui nor albastru.

Definiția electronegativității depinde de abordarea dată fenomenului, existența mai multor scări care îl consideră din anumite aspecte. Totuși, toate scalele au în comun că sunt susținute de natura intrinsecă a atomilor.

Scări de electronegativitate

Electronegativitatea nu este o proprietate care poate fi cuantificată și nici nu are valori absolute. De ce? Deoarece tendința unui atom de a atrage densitatea electronică spre el nu este aceeași în toți compușii. Cu alte cuvinte: electronegativitatea variază în funcție de moleculă.

Dacă, pentru molecula ClO2, atomul de Cl a fost înlocuit cu atomul de N, atunci tendința lui O de a atrage electronii s-ar schimba și el; ar putea creste (faceti norul mai rosu) sau scade (pierde culoarea). Diferența ar rezida în noua legătura formată de NO, de a avea molecula ONO (dioxid de azot, NO ₂ ).

Deoarece electronegativitatea unui atom nu este aceeași pentru toate mediile sale moleculare, este necesar să o definim în termeni de alte variabile. În acest fel, avem valori care servesc drept referință și care ne permit să prezicem, de exemplu, tipul de legătură care este format (ionic sau covalent).

Scara Pauling

Marele om de știință și câștigătorul a două premii Nobel, Linus Pauling, a propus în 1932 o formă cantitativă (măsurabilă) a electronegativei cunoscută sub numele de scara Pauling. În el, electronegativitatea a două elemente, A și B, formând legături, a fost legată de energia suplimentară asociată cu caracterul ionic al legăturii AB.

Cum este asta? Teoretic, legăturile covalente sunt cele mai stabile, deoarece distribuția electronilor lor între doi atomi este echitabilă; adică pentru moleculele AA și BB, ambii atomi împart aceeași pereche electronică a legăturii. Cu toate acestea, dacă A este mai mult electronegativ, atunci acea pereche va fi mai mare decât A decât B.

În acest caz, AB nu mai este complet covalent, deși dacă electronegativitățile sale nu diferă mult, se poate spune că legătura sa are un caracter covalent ridicat. Atunci când se întâmplă acest lucru, obligațiunea suferă o mică instabilitate și dobândește energie suplimentară ca produs al diferenței de electronegativitate între A și B.

Cu cât această diferență este mai mare, cu atât este mai mare puterea legăturii AB și, prin urmare, cu atât este mai mare caracterul ionic al legăturii.

Această scală reprezintă cele mai utilizate în chimie, iar valorile electronegativităților au apărut din atribuirea unei valori de 4 pentru atomul de fluor. De acolo puteau calcula celelalte elemente.

Scară Mulliken

În timp ce scara Pauling are de a face cu energia asociată cu legăturile, scara lui Robert Mulliken este legată mai mult de alte două proprietăți periodice: energia ionizantă (EI) și afinitatea electronică (AE).

Astfel, un element cu valori ridicate ale EI și AE este foarte electonegativ și, prin urmare, va atrage electroni din mediul său molecular.

De ce? Deoarece EI reflectă cât de dificil este să "tragi" un electron extern și AE cât de stabil este anionul format în fază gazoasă. Dacă ambele proprietăți au magnitudine mari, atunci elementul este "iubitul" electronilor.

Electronegativitățile lui Mulliken se calculează cu următoarea formulă:

X _M = 1/2 (EI + AE)

Asta este, χ _M este egal cu valoarea medie a EI și AE.

Totuși, spre deosebire de scara Pauling, care depinde de atomii care formează legături, este legată de proprietățile stării valenței (cu configurațiile sale electronice mai stabile).

Ambele scale generează valori similare ale electronegativității elementelor și sunt aproximativ corelate cu următoarea reconversie:

X _P = 1, 35 (XM) 1/2 - 1, 37

Ambele X _M și X _P sunt valori fără dimensiuni; adică lipsesc unități.

Scala de AL Allred și E.Rochow

Există și alte scale de electronegativitate, cum ar fi Sanderson și Allen. Cu toate acestea, cea care urmează după primele două este scara lui Allred și Rochow (χ _AR ). De data aceasta se bazează pe sarcina nucleară eficientă pe care un electron o are pe suprafața atomilor. Prin urmare, este direct legată de puterea atractivă a miezului și de efectul ecranului.

Cum variază electronegativitatea în tabelul periodic?

Indiferent de scale sau valorile pe care le aveți, electronegativitatea crește de la dreapta la stânga pentru o perioadă și de jos în sus în grupuri. Astfel, crește spre diagonala dreaptă superioară (fără a lua în considerare heliul) până când se întâlnește cu fluor.

În imaginea de mai sus puteți vedea ce tocmai a fost spus. Electronegativitățile Pauling sunt exprimate în tabelul periodic în funcție de culorile celulelor. Deoarece fluorul este cel mai electronegativ, acesta corespunde unei culori purpure mai proeminente, în timp ce la culorile mai puțin electronegative (sau electropozitive) mai întunecate.

De asemenea, se poate observa că șefii grupurilor (H, Be, B, C etc.) au culorile mai ușoare și că, pe măsură ce coborâți prin grup, celelalte elemente devin mai întunecate. De ce este asta? Răspunsul este din nou în proprietățile EI, AE, Zef (încărcătura nucleară efectivă) și în raza atomică.

Atomul din moleculă

Atomii individuali au o încărcătură nucleară reală Z și electronii externi suferă o încărcătură nucleară eficientă datorită efectului de ecranare.

Pe măsură ce se mișcă într-o perioadă, Zef crește în așa fel încât atomul să se contracte; adică, razele atomice sunt reduse pe o perioadă.

Acest lucru are drept consecință faptul că, în momentul în care un atom se leagă cu un altul, electronii "vor curge" spre atomul cu Zef mai mare. De asemenea, acest lucru dă un caracter ionic legăturii dacă există o tendință marcată a electronilor de a merge spre un atom. Atunci când nu este cazul, vorbim despre o legătură predominant covalentă.

Din acest motiv, electronegativitatea variază în funcție de razele atomice, Zef, care, la rândul lor, sunt strâns legate de EI și AE. Totul este un lanț.

Pentru ce este?

Pentru ce este electronegativitatea? În principiu, pentru a determina dacă un compus binar este covalent sau ionic. Atunci când diferența de electronegativitate este foarte mare (la o rată de 1, 7 unități sau mai mult), compusul este declarat a fi ionic. De asemenea, este util să discernem într-o structură care regiuni vor fi eventual cele mai bogate în electroni.

De aici, se poate anticipa ce mecanism sau reacție poate fi supus compusului. În regiunile sărace de electroni, δ +, este posibil ca speciile încărcate negativ să funcționeze într-un anumit mod; și în regiunile bogate în electroni, atomii lor pot interacționa în moduri foarte specifice cu alte molecule (interacțiunile dipol-dipol).

Exemple (clor, oxigen, sodiu, fluor)

Care sunt valorile electronegativității atomilor de clor, oxigen, sodiu și fluor? După fluor, cine este cel mai electronegativ? Folosind tabelul periodic se observă că sodiul are o culoare violet închis, în timp ce culorile pentru oxigen și clor sunt foarte asemănătoare din punct de vedere vizual.

Valorile sale de electronegativitate pentru scalele Pauling, Mulliken și Allred-Rochow sunt:

Na (0, 93, 1, 21, 1, 01).

O (3, 44, 3, 22, 3, 50).

Cl (3, 16, 3, 54, 2, 83).

F (3, 98, 4, 43, 4, 10).

Rețineți că cu valorile numerice există o diferență între negativitățile oxigenului și clorului.

Conform scalei Mulliken, clorul este mai mult electronegativ decât oxigenul, spre deosebire de scalele Pauling și Allred-Rochow. Diferența de electronegativitate dintre cele două elemente este și mai evidentă folosind scara Allred-Rochow. Și în sfârșit, fluorul, indiferent de scara aleasă, este cel mai electronegativ.

Prin urmare, acolo unde există un atom de F într-o moleculă, înseamnă că legătura va avea un caracter ionic înalt.