Elettronegatività: scale, variazioni, utilità ed esempi

L'elettronegatività è una proprietà periodica relativa che riguarda la capacità di un atomo di attrarre la densità elettronica dal suo ambiente molecolare. È la tendenza di un atomo ad attrarre elettroni quando è collegato a una molecola. Ciò si riflette nel comportamento di molti composti e nel modo in cui interagiscono tra loro in modo intermolecolare.

Non tutti gli elementi attirano gli elettroni dagli atomi adiacenti in egual misura. Nel caso di coloro che producono facilmente densità elettronica, si dice che siano elettropositivi, mentre quelli che "si coprono" di elettroni sono elettronegativi . Ci sono molti modi per spiegare e osservare questa proprietà (o concetto).

Ad esempio, nelle mappe dei potenziali elettrostatici di una molecola (come il diossido di cloro nell'immagine sopra, ClO ₂ ) si osserva l'effetto delle diverse elettronegatività per gli atomi di cloro e ossigeno.

Il colore rosso indica le regioni ricche di elettroni della molecola, δ-, e il colore blu quelle che sono povere di elettroni, δ +. Quindi, dopo una serie di calcoli computazionali, questo tipo di mappe può essere stabilito; molti di loro mostrano una relazione diretta tra la posizione degli atomi elettronegativi e δ-.

Può anche essere visualizzato come segue: all'interno di una molecola, il transito di elettroni è più probabile che si verifichi in prossimità di atomi più elettronegativi. È per questo motivo che per il ClO ₂ gli atomi di ossigeno (le sfere rosse) sono circondati da una nuvola rossa, mentre l'atomo di cloro (la sfera verde) di una nuvola bluastra.

La definizione di elettronegatività dipende dall'approccio che viene dato al fenomeno, esistono diverse scale che lo considerano da alcuni aspetti. Tuttavia, tutte le scale hanno in comune il fatto che sono supportate dalla natura intrinseca degli atomi.

Scale di elettronegatività

L'elettronegatività non è una proprietà che può essere quantificata né ha valori assoluti. Perché? Perché la tendenza di un atomo ad attrarre la densità elettronica verso di esso non è la stessa in tutti i composti. In altre parole: l'elettronegatività varia a seconda della molecola.

Se, per la molecola di ClO ₂, l'atomo di Cl fosse sostituito dall'atomo di N, allora anche la tendenza della O ad attrarre gli elettroni cambierebbe; potrebbe aumentare (rendere la nuvola più rossa) o diminuire (perdere il colore). La differenza sarebbe nel nuovo legame formato NO, per avere la molecola ONO (biossido di azoto, NO ₂ ).

Poiché l'elettronegatività di un atomo non è la stessa per tutti i suoi ambienti molecolari, è necessario definirla in termini di altre variabili. In questo modo, abbiamo valori che servono come riferimento e che ci permettono di prevedere, ad esempio, il tipo di legame che si forma (ionico o covalente).

Scala di Pauling

Il grande scienziato e vincitore di due premi Nobel, Linus Pauling, propose nel 1932 una forma quantitativa (misurabile) dell'elettronegativo nota come scala di Pauling. In esso, l'elettronegatività di due elementi, A e B, formanti legami, era correlata all'energia extra associata al carattere ionico del legame AB.

Come è questo? Teoricamente, i legami covalenti sono i più stabili, poiché la distribuzione dei loro elettroni tra due atomi è equa; cioè, per le molecole AA e BB, entrambi gli atomi condividono la coppia di elettroni del legame nello stesso modo. Tuttavia, se A è più elettronegativo, allora quella coppia sarà più di A che B.

In questo caso, AB non è più completamente covalente, sebbene se le sue elettronegatività non differiscano molto, si può affermare che il suo legame ha un elevato carattere covalente. Quando questo accade, il legame subisce una piccola instabilità e acquisisce energia extra come prodotto della differenza di elettronegatività tra A e B.

Più grande è questa differenza, maggiore è la potenza del collegamento AB, e di conseguenza maggiore è il carattere ionico del collegamento.

Questa scala rappresenta il più usato in chimica, ei valori di elettronegatività derivano dall'assegnazione di un valore di 4 per l'atomo di fluoro. Da lì potrebbero calcolare gli altri elementi.

Scala Mulliken

Mentre la scala di Pauling ha a che fare con l'energia associata ai collegamenti, la scala di Robert Mulliken è correlata più ad altre due proprietà periodiche: l'energia di ionizzazione (EI) e l'affinità elettronica (AE).

Pertanto, un elemento con valori elevati di EI e AE è molto elettronegativo, e quindi attirerà gli elettroni dal suo ambiente molecolare.

Perché? Perché EI riflette quanto sia difficile "tirare" un elettrone esterno, e AE quanto è stabile l'anione formato nella fase gassosa. Se entrambe le proprietà hanno una grande magnitudine, allora l'elemento è "amante" degli elettroni.

Le elettronegatività di Mulliken sono calcolate con la seguente formula:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Ossia, χ _M è uguale al valore medio di EI e AE.

Tuttavia, a differenza della scala di Pauling che dipende da quali atomi formano legami, è correlata alle proprietà dello stato di valenza (con le sue configurazioni elettroniche più stabili).

Entrambe le scale generano valori simili di elettronegatività per gli elementi e sono approssimativamente correlate alla seguente riconversione:

Χ _P = 1, 35 (Χ _M ) 1/2 - 1, 37

Sia X _M che X _P sono valori adimensionale; cioè, mancano di unità.

Scala di AL Allred e E.Rochow

Esistono altre scale di elettronegatività, come Sanderson e Allen. Tuttavia, quello che segue i primi due è la scala di Allred e Rochow (χ _AR ). Questa volta si basa sulla carica nucleare effettiva che un elettrone sperimenta sulla superficie degli atomi. Pertanto, è direttamente correlato alla forza attrattiva del nucleo e all'effetto schermo.

Come varia l'elettronegatività nella tavola periodica?

Indipendentemente dalle scale o dai valori che possiedi, l'elettronegatività aumenta da destra a sinistra per un periodo e dal basso verso l'alto nei gruppi. Quindi, aumenta verso la diagonale in alto a destra (senza contare l'elio) finché non incontra il fluoruro.

Nell'immagine sopra puoi vedere cosa è appena stato detto. Le elettronegatività di Pauling sono espresse nella tavola periodica in base ai colori delle celle. Poiché il fluoro è il più elettronegativo, corrisponde a un colore viola più prominente, mentre a colori meno elettronegativi (o elettropositivi) più scuri.

Si può anche osservare che i gruppi di teste (H, Be, B, C, ecc.) Hanno i colori più chiari e che quando si scende nel gruppo gli altri elementi diventano più scuri. Perché è questo? La risposta è di nuovo nelle proprietà EI, AE, Zef (carica nucleare effettiva) e nel raggio atomico.

L'atomo nella molecola

I singoli atomi hanno una carica nucleare reale Z e gli elettroni esterni soffrono di una carica nucleare efficace a causa dell'effetto di schermatura.

Mentre attraversa un periodo, Zef aumenta in modo tale che l'atomo si contrae; cioè, i raggi atomici sono ridotti per un periodo.

Ciò porta come conseguenza che, al momento del collegamento di un atomo con un altro, gli elettroni "fluiranno" verso l'atomo con maggiore Zef. Inoltre, questo dà un carattere ionico al collegamento se c'è una marcata tendenza degli elettroni ad andare verso un atomo. Quando questo non è il caso, stiamo parlando di un legame prevalentemente covalente.

Per questo motivo l'elettronegatività varia a seconda dei raggi atomici, Zef, che a loro volta sono strettamente correlati a EI e AE. Tutto è una catena.

A cosa serve?

A cosa serve l'elettronegatività? In linea di principio per determinare se un composto binario è covalente o ionico. Quando la differenza di elettronegatività è molto alta (ad una velocità di 1, 7 unità o più) si dice che il composto sia ionico. Inoltre, è utile discernere in una struttura le regioni che potrebbero essere più ricche di elettroni.

Da qui, si può prevedere quale meccanismo o reazione possa essere sottoposto al composto. Nelle regioni povere di elettroni, δ +, è possibile che le specie a carica negativa funzionino in un certo modo; e in regioni ricche di elettroni, i loro atomi possono interagire in modo molto specifico con altre molecole (interazioni dipolo-dipolo).

Esempi (cloro, ossigeno, sodio, fluoro)

Quali sono i valori dell'elettronegatività per gli atomi di cloro, ossigeno, sodio e fluoro? Dopo il fluoruro, chi è il più elettronegativo? Usando la tavola periodica si osserva che il sodio ha un colore viola scuro, mentre i colori dell'ossigeno e del cloro sono visivamente molto simili.

I suoi valori di elettronegatività per le bilance Pauling, Mulliken e Allred-Rochow sono:

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).

Si noti che con i valori numerici c'è una differenza tra le negatività dell'ossigeno e del cloro.

Secondo la scala Mulliken, il cloro è più elettronegativo dell'ossigeno, a differenza delle bilance Pauling e Allred-Rochow. La differenza di elettronegatività tra i due elementi è ancora più evidente usando la scala di Allred-Rochow. E infine, il fluoro indipendentemente dalla scala scelta è il più elettronegativo.

Pertanto, dove c'è un atomo di F in una molecola, significa che il legame avrà un alto carattere ionico.