SCARA PAVEL: ELECTRONEGATIVITATE ȘI DIFERENȚĂ ENERGETICĂ - CHIMIE - 2025

Scala Pauling este o scală arbitrară utilizată în chimia pentru a exprima electronegativitatea elementelor. Aceasta este definită ca tendința unui anumit atom de a atrage electroni atunci când se combină cu un alt atom.

În acest sens, elementele cu electronegativitate ridicată tind să câștige electroni cu ușurință. Acestea sunt nemetalele, în timp ce, din partea lor, mai puține elemente electronegative, cum ar fi metalele, este mai ușor să renunți la electroni.

Figura 1. Scara Pauling. Sursa: Wikimedia Commons.

Prin urmare, cunoscând electronegativitatea unui element, avem o idee despre tipul de legătură pe care este capabil să-l formeze atunci când este combinat cu un altul. Vom vedea acest lucru cu un exemplu numeric mai târziu.

Cu aceste informații, multe dintre proprietățile pe care le va avea un compus pot fi prezise, ​​ceva foarte util în chimia experimentală și în știința materialelor, unde se creează continuu noi compuși.

Cu toate acestea, este convenabil să clarificăm că, în ciuda cât de important este, nu există o modalitate unică de a determina electronegativitatea; Scara Pauling este doar unul dintre diferitele moduri propuse pentru găsirea acesteia, deși este una dintre cele mai utilizate.

De fapt, Pauling este o scară arbitrară în care o valoare numerică este atribuită fiecărui element din tabelul periodic, care reflectă electronegativitatea sa. O vedem în figura 1, unde avem electronegativitatea fiecărui element, așa cum a fost atribuită de la două ori laureatul Nobel Linus Pauling (1901-1994) în jurul anului 1939.

Electronegativitatea elementelor

Pauling, împreună cu Don M. Yost, au găsit empiric valorile electronegativității, prin datele experimentale obținute prin măsurarea energiilor de legătură.

Pauling a atribuit elementul fluor - deasupra și în dreapta tabelului din figura 1 - cea mai mare electronegativitate, cu numărul 4.0. Deci, atunci când fluorul formează legături, acesta prezintă cea mai înaltă tendință de a atrage electroni din toate elementele.

Al doilea este oxigenul cu 3,5 și al treilea este azotul cu 3,0. Ambele sunt situate în partea de sus și în dreapta mesei.

Pe de altă parte, la capătul opus, cel mai puțin element electronegativ este cesiul, al cărui simbol este Cs, situat în stânga tabelului, căruia Pauling i-a atribuit numărul 0.7.

Electronegativitate în tabelul periodic

În termeni generali și așa cum se poate observa în figura 1, electronegativitatea - și energia de ionizare - crește de la stânga la dreapta în tabelul periodic. Tendința generală indică, de asemenea, o scădere la mișcarea în sus și în jos.

Prin urmare, vom avea cele mai electronegative elemente în colțul din dreapta sus al tabelului: fluor, oxigen, clor, azot. Cel mai puțin electronegativ - sau cel mai electropozitiv dacă doriți - se va găsi pe stânga: litiu, sodiu, potasiu și celelalte elemente din grupa 1 - coloana din stânga extremă, corespunzătoare metalelor alcaline și alcaline de pământ.

În fiecare coloană, electronegativitatea scade pe măsură ce numărul atomic al elementului crește, cu excepția metalelor de tranziție din centru, care nu respectă această tendință.

Un punct important de remarcat este că electronegativitatea este relativă, nu este o proprietate invariabilă a fiecărui element și este măsurată doar în raport cu cea a altor elemente. Depinde foarte mult de starea de oxidare, deci același element poate să prezinte electronegativitate diferită, în funcție de tipul de compus pe care îl formează.

Diferența de energie de legare

Figura 2. Chimistul american Linus Pauling în 1955. Sursa: Wikimedia Commons.

În chimie, o legătură este modul în care atomii, aceiași sau diferiți, se unesc pentru a forma molecule. Forțele apar între atomii care îi țin împreună într-un mod stabil.

Există mai multe tipuri de legături, dar aici sunt considerate două:

-Covalent, în care atomii de electronegativități similare împart o pereche de electroni.

-Ionic, frecvent între atomii cu electronegativități diferite în care predomină atracția electrostatică.

Să presupunem că două elemente A și B pot forma molecule între ele, notate AA și BB. De asemenea, sunt capabili să se alăture pentru a forma un compus AB, printr-un fel de legătură.

Datorită participării forțelor intermoleculare, există legătură în energie. De exemplu, energia în legătura AA este E _AA, în legătura BB este EBB și în final în compusul AB este E _AB .

Dacă molecula AB a fost formată dintr-o legătură covalentă, teoretic energia legăturii este media energiilor E _AA și E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

Pauling a calculat E _AB pentru diverși compuși, l-a măsurat experimental și a determinat diferența dintre cele două valori, pe care a numit-o Δ:

Δ = - (E _AB ) măsurat - (E _AB ) teoretic- = - (E _AB ) măsurat - ½ (E _AA + E _BB ) -

Pauling a motivat astfel: dacă Δ este foarte aproape de 0, înseamnă că electronegativitățile ambelor elemente sunt similare, iar legătura care le unește este covalentă. Dar dacă Δ nu este mic, atunci legătura dintre A și B nu este pură covalentă.

Cu cât valoarea absolută a lui Δ este mai mare, cu atât diferența dintre electronegativitatea elementelor A și B și, prin urmare, legătura care le unește va fi de tip ionic. Mai târziu, cititorul va găsi un exemplu în care, calculând Δ, este posibil să se determine tipul de legătură a unui compus.

Ecuații pentru Electronegativitate

Presupunând că diferența de energii este semnalul care distinge natura legăturii, Pauling a efectuat numeroase experimente care l-au determinat să creeze o expresie empirică pentru electronegativitățile relative a două elemente A și B care formează o moleculă.

Denotând această electronegativitate drept χ (litera greacă „chi”), Pauling a definit Δ astfel:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Rețineți că Δ este o cantitate pozitivă. Factorul f = 0.102 care apare prin înmulțirea rădăcinii pătrate a lui Δ este factorul de conversie între kJ (kilojoules) și eV (electron-volt), ambele unități de energie.

Dacă în schimb se folosesc kilocalorii și electroni-volți, diferența de electronegativități este exprimată cu o formulă similară, dar cu f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√Δ

Pauling a început prin atribuirea hidrogenului cu o valoare de 2,1, valoare anterioară obținută de chimistul Robert Mulliken. El a ales acest element ca punct de plecare pentru că formează legături covalente cu mulți alții.

Folosind ecuația anterioară, el a continuat să aloce valori relative restului de elemente. Astfel, el și-a dat seama că electronegativitatea crește atunci când treceți de la stânga la dreapta și de sus în jos în tabelul periodic, așa cum este descris în secțiunea anterioară.

Exemplu

Mai jos este o listă de elemente: N, J, Y și M și electronegativitățile respective Χ în funcție de scara Pauling:

- N : Χ = 4,0

- J : Χ = 1,5

- Y : Χ = 0,9

- M : Χ = 1,6

Printre următorii compuși formați cu aceștia:

YJ, YN, MN și JM

Indicați cel cu cel mai înalt caracter ionic și cel a cărui natură este covalentă. Dați motive pentru răspunsul dvs.

Soluţie

Conform criteriilor stabilite de Pauling, compusul cu cel mai înalt caracter ionic va fi cel cu cea mai mare diferență între electronegativități și, prin urmare, o valoare mai mare de Δ. La rândul său, compusul cu cea mai mică diferență energetică este cel cu legătură covalentă.

Apoi vom calcula cât valorează Δ pentru fiecare compus, după cum urmează:

YJ compozit

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

YN compozit

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

MN compozit

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

JM compozit

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Din rezultatele de mai sus, este clar că compusul ionic este YN, al cărui Δ = 9,61, în timp ce compusul covalent este JM, cu Δ = 0,01.

Referințe

1. Chimie Libretexts. Electronegativitate Pauling. Recuperat din: chem.libretexts.org.
2. Cartea de aur a IUPAC. Electronegativitate. Recuperat de la: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. Electronegativitatea neînțeleasă. Recuperat de la: scielo.org.
4. Texte științifice. Electronegativitate. Recuperat de la: textscientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. Chimie. Al 9-lea. Ed. Brooks / Cole. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Legătură covalentă. Recuperat de la: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Legătură ionică. Recuperat de la: es.wikipedia.org.