ELETTRONEGATIVITÀ: SCALE, VARIAZIONE, UTILITÀ ED ESEMPI - CHIMICA - 2024

L' elettronegatività è una proprietà periodica relativa alla capacità di un atomo di attrarre la densità elettronica del suo ambiente molecolare. È la tendenza di un atomo ad attrarre elettroni quando è attaccato 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 attraggono gli elettroni dagli atomi adiacenti nella stessa misura. Nel caso di quelli che rinunciano facilmente alla densità elettronica, si dice che siano elettropositivi, mentre quelli che si "ricoprono" di elettroni sono elettronegativi. Esistono molti modi per spiegare e osservare questa proprietà (o concetto).

Fonte: Wikipedia Commons.

Ad esempio, nelle mappe del potenziale elettrostatico per una molecola (come quella per il biossido di cloro nell'immagine sopra, ClO ₂ ) si osserva l'effetto di 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 indica quelle che sono povere di elettroni, δ +. Quindi, dopo una serie di calcoli computazionali, è possibile stabilire questo tipo di mappa; 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, è più probabile che il transito di elettroni avvenga in prossimità degli atomi più elettronegativi. È per questo motivo che per ClO ₂ gli atomi di ossigeno (le sfere rosse) sono circondati da una nuvola rossa, mentre l'atomo di cloro (la sfera verde) una nuvola bluastra.

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

Scale di elettronegatività

L'elettronegatività non è una proprietà quantificabile, né ha valori assoluti. Perché? Perché la tendenza di un atomo ad attrarre la densità di elettroni 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 venisse scambiato con l'atomo di N, allora cambierebbe anche la tendenza di O ad attrarre elettroni; potrebbe aumentare (rendere la nuvola più rossa) o diminuire (perdere colore). La differenza starebbe nel nuovo legame NO formato, avente così la molecola ONO (biossido di azoto, NO ₂ ).

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

Scala Pauling

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

Com'è? 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 allo stesso modo. Tuttavia, se A è più elettronegativo, quella coppia sarà più da A che da B.

In quel caso, AB non è più completamente covalente, anche se se le sue elettronegatività non differiscono molto, si può dire che il suo legame ha un alto carattere covalente. Quando ciò accade, il legame subisce una piccola instabilità e acquisisce energia extra come prodotto della differenza di elettronegatività tra A e B.

Maggiore è questa differenza, maggiore è l'energia del legame AB e, di conseguenza, maggiore è il carattere ionico di quel legame.

Questa scala rappresenta la più utilizzata in chimica, ei valori di elettronegatività derivano dall'assegnazione di un valore di 4 per l'atomo di fluoro. Da lì potevano calcolare quello degli altri elementi.

Scala Mulliken

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

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

Perché? Perché EI riflette quanto sia difficile "strappare" un elettrone esterno da esso, e AE quanto sia stabile l'anione formato nella fase gassosa. Se entrambe le proprietà hanno grandezze elevate, l'elemento è "amante" degli elettroni.

Le elettronegatività Mulliken sono calcolate con la seguente formula:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Cioè, 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 di elettronegatività simili per gli elementi e sono approssimativamente correlati alla seguente riconversione:

Χ _P = 1,35 (Χ _M ) ^1/2 - 1,37

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

Scala di AL Allred ed E. Rochow

Esistono altre scale di elettronegatività, come le scale di Sanderson e Allen. Tuttavia, quella che segue le prime due è la scala 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 di attrazione del nucleo e all'effetto schermo.

Come varia l'elettronegatività nella tavola periodica?

Fonte: Bartux su nl.wikipedia.

Indipendentemente dalle scale o dai valori che hai, l'elettronegatività aumenta da destra a sinistra per un periodo e dal basso verso l'alto in gruppi. Pertanto, aumenta verso la diagonale in alto a destra (senza contare l'elio) fino a quando non incontra il fluoro.

Nell'immagine sopra puoi vedere cosa è stato appena detto. Nella tavola periodica, le elettronegatività di Pauling sono espresse in funzione dei colori delle celle. Poiché il fluoro è il più elettronegativo, ha un colore viola più prominente, mentre i colori meno elettronegativi (o elettropositivi) più scuri.

Allo stesso modo, si può osservare che le teste dei gruppi (H, Be, B, C, ecc.) Hanno i colori più chiari e che man mano che uno discende attraverso il gruppo, gli altri elementi si scuriscono. Cosa riguarda? La risposta ancora è sia nelle proprietà EI, AE, Zef (carica nucleare efficace) che nel raggio atomico.

L'atomo nella molecola

I singoli atomi hanno una vera carica nucleare Z e gli elettroni esterni subiscono un'efficace carica nucleare dall'effetto schermante.

Man mano che si muove in un periodo, Zef aumenta in modo tale che l'atomo si contrae; cioè, i raggi atomici vengono ridotti in un periodo.

Ciò ha come conseguenza che, al momento di legare un atomo con un altro, gli elettroni “fluiranno” verso l'atomo con lo Zef più alto. Inoltre, questo conferisce un carattere ionico al legame se c'è una marcata tendenza per gli elettroni ad andare verso un atomo. Quando questo non è il caso, si parla di 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.

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 (a una velocità di 1,7 unità o più) si dice che il composto sia ionico. È anche utile per discernere in una struttura quali regioni saranno forse più ricche di elettroni.

Da qui, è possibile prevedere quale meccanismo o reazione potrebbe subire il composto. Nelle regioni povere di elettroni, δ +, le specie caricate negativamente possono agire in un certo modo; e nelle regioni ricche di elettroni, i loro atomi possono interagire in modi molto specifici con altre molecole (interazioni dipolo-dipolo).

Esempi (cloro, ossigeno, sodio, fluoro)

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

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

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

Oppure (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 si osserva una differenza tra le negatività dell'ossigeno e del cloro.

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

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

Riferimenti

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione., Pagine 30 e 44). Mc Graw Hill.
2. Jim Clark. (2000). Elettronegatività. Tratto da: chemguide.co.uk
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (11 dicembre 2017). Definizione ed esempi di elettronegatività. Tratto da: thoughtco.com
4. Mark E. Tuckerman. (5 novembre 2011). Scala dell'elettronegatività. Tratto da: nyu.edu
5. Wikipedia. (2018). Elettronegatività. Tratto da: es.wikipedia.org