SCALA DI PAULING: ELETTRONEGATIVITÀ E DIFFERENZA DI ENERGIA - CHIMICA - 2024

La scala Pauling è una scala arbitraria utilizzata in chimica per esprimere l'elettronegatività degli elementi. Questa è definita come la tendenza di un certo atomo ad attrarre elettroni quando si combina con un altro atomo.

In questo senso, gli elementi con un'elevata elettronegatività tendono a guadagnare facilmente elettroni. Questi sono i non metalli, mentre da parte loro, elementi meno elettronegativi come i metalli, è più facile rinunciare agli elettroni.

Figura 1. Scala Pauling. Fonte: Wikimedia Commons.

Pertanto, conoscendo l'elettronegatività di un elemento, si ha un'idea del tipo di legame che è in grado di formare quando combinato con un altro. Lo vedremo più avanti con un esempio numerico.

Con queste informazioni, molte delle proprietà che un composto avrà possono essere previste, qualcosa di molto utile nella chimica sperimentale e per la scienza dei materiali, dove vengono continuamente creati nuovi composti.

Tuttavia, è conveniente chiarire che, nonostante quanto sia importante, non esiste un unico modo per determinare l'elettronegatività; La scala Pauling è solo uno dei vari modi proposti per trovarla, sebbene sia una delle più utilizzate.

In effetti, quella di Pauling è una scala arbitraria in cui viene assegnato un valore numerico a ciascun elemento della tavola periodica, che riflette la sua elettronegatività. Lo vediamo nella figura 1, dove abbiamo l'elettronegatività di ogni elemento, assegnata dal due volte premio Nobel Linus Pauling (1901-1994) intorno al 1939.

L'elettronegatività degli elementi

Pauling, insieme a Don M. Yost, ha trovato i valori di elettronegatività empiricamente, attraverso dati sperimentali ottenuti misurando le energie di legame.

Pauling ha assegnato all'elemento fluoro - sopra ea destra della tabella nella Figura 1 - l'elettronegatività più alta, con il numero 4.0. Quindi, quando il fluoro forma legami, mostra la più alta tendenza ad attrarre elettroni di tutti gli elementi.

Il secondo è l'ossigeno con 3,5 e il terzo è l'azoto con 3,0. Entrambi si trovano in alto ea destra del tavolo.

All'estremità opposta, invece, l'elemento meno elettronegativo è il cesio, il cui simbolo è Cs, posto a sinistra della tabella, a cui Pauling ha assegnato il numero 0.7.

Elettronegatività nella tavola periodica

In termini generali, e come si può vedere nella figura 1, l'elettronegatività e l'energia di ionizzazione aumentano da sinistra a destra nella tavola periodica. La tendenza generale indica anche un calo quando ci si sposta su e giù.

Pertanto, avremo gli elementi più elettronegativi nell'angolo in alto a destra della tabella: fluoro, ossigeno, cloro, azoto. Il meno elettronegativo - o il più elettropositivo se preferite - si troverà a sinistra: litio, sodio, potassio e gli altri elementi del gruppo 1 - la colonna all'estrema sinistra, corrispondenti ai metalli alcalini e alcalino terrosi.

In ogni colonna, l'elettronegatività diminuisce all'aumentare del numero atomico dell'elemento, ad eccezione dei metalli di transizione al centro, che non seguono questa tendenza.

Un punto importante da notare è che l'elettronegatività è relativa, non è una proprietà invariabile di ogni elemento e viene misurata solo rispetto a quella di altri elementi. Dipende molto dallo stato di ossidazione, quindi lo stesso elemento può esibire un'elettronegatività diversa, a seconda del tipo di composto che forma.

Differenza di energia vincolante

Figura 2. Il chimico americano Linus Pauling nel 1955. Fonte: Wikimedia Commons.

In chimica, un legame è il modo in cui gli atomi, uguali o diversi, si uniscono per formare molecole. Le forze compaiono tra gli atomi che le tengono insieme in modo stabile.

Esistono diversi tipi di collegamento, ma qui ne vengono considerati due:

-Covalente, in cui atomi di elettronegatività simili condividono una coppia di elettroni.

-Ionico, frequente tra atomi con differenti elettronegatività in cui prevale l'attrazione elettrostatica.

Supponiamo che due elementi A e B possano formare molecole tra loro, denotate AA e BB. E sono anche in grado di unirsi per formare un composto AB, il tutto attraverso una sorta di legame.

Grazie alla partecipazione di forze intermolecolari, c'è energia nel legame. Ad esempio l'energia nel legame AA è E _AA, nel legame BB è EBB e infine nel composto AB è E _AB .

Se la molecola AB fosse formata da un legame covalente, teoricamente l'energia di legame è la media delle energie E _AA ed E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

Pauling calcolò E _AB per vari composti, lo misurò sperimentalmente e determinò la differenza tra i due valori, che chiamò Δ:

Δ = - (E _AB ) misurato - (E _AB ) teorico - = - (E _AB ) misurato - ½ (E _AA + E _BB ) -

Pauling ragionava così: se Δ è molto vicino a 0, significa che le elettronegatività di entrambi gli elementi sono simili e il legame che li unisce è covalente. Ma se Δ non è piccolo, il legame tra A e B non è puro covalente.

Maggiore è il valore assoluto di Δ, maggiore è la differenza tra l'elettronegatività degli elementi A e B e quindi il legame che li unisce sarà di tipo ionico. Successivamente il lettore troverà un esempio in cui, calcolando Δ, è possibile determinare il tipo di legame di un composto.

Equazioni per l'elettronegatività

Supponendo che la differenza di energie sia il segnale che distingue la natura del legame, Pauling ha condotto molti esperimenti che lo hanno portato a creare un'espressione empirica per le relative elettronegatività di due elementi A e B che formano una molecola.

Denotando questa elettronegatività come χ (lettera greca "chi"), Pauling ha definito Δ come segue:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Notare che Δ è una quantità positiva. Il fattore f = 0,102 che appare moltiplicando la radice quadrata di Δ è il fattore di conversione tra kJ (kilojoule) ed eV (elettronvolt), entrambe unità di energia.

Se invece si usano chilocalorie ed elettronvolt, la differenza di elettronegatività si esprime con una formula simile ma con f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√Δ

Pauling iniziò assegnando all'idrogeno un valore di 2,1, un valore precedente ottenuto dal chimico Robert Mulliken. Ha scelto questo elemento come punto di partenza perché forma legami covalenti con molti altri.

Utilizzando l'equazione precedente, ha continuato ad assegnare valori relativi al resto degli elementi. Si rese così conto che l'elettronegatività aumenta quando si sposta da sinistra a destra e dall'alto verso il basso nella tavola periodica, come descritto nella sezione precedente.

Esempio

Di seguito è riportato un elenco di elementi: N, J, Y e M e le loro rispettive elettronegatività Χ secondo la scala di Pauling:

- N : Χ = 4,0

- J : Χ = 1,5

- Y : Χ = 0,9

- M : Χ = 1,6

Tra i seguenti composti formati con loro:

YJ, YN, MN e JM

Indicare quello con il carattere ionico più elevato e quello la cui natura è covalente. Fornisci motivi per la tua risposta.

Soluzione

Secondo i criteri stabiliti da Pauling, il composto con il carattere ionico più elevato sarà quello con la maggiore differenza tra elettronegatività, e quindi un valore maggiore di Δ. Da parte sua, il composto con la differenza di energia più bassa è quello con un legame covalente.

Quindi calcoleremo quanto vale Δ per ogni composto, come segue:

Composito YJ

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

Composito YN

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

Composite MN

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

Composite JM

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Dai risultati di cui sopra, è chiaro che il composto ionico è YN, il cui Δ = 9,61, mentre il composto covalente è JM, con Δ = 0,01.

Riferimenti

1. Chemistry Libretexts. Pauling Electronegativity. Recupero da: chem.libretexts.org.
2. Libro d'oro IUPAC. Elettronegatività. Estratto da: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. L'elettronegatività incompresa. Estratto da: scielo.org.
4. Testi scientifici. Elettronegatività. Estratto da: textcientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. Chimica. 9 °. Ed. Brooks / Cole. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Legame covalente. Estratto da: es.wikipedia.org.
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