Explicación del concepto de electronegatividad

La electronegatividad es un concepto en química molecular que describe la capacidad de un átomo para atraer electrones hacia sí mismo. Cuanto mayor sea el valor numérico de la electronegatividad de un átomo dado, más poderosamente atrae electrones cargados negativamente hacia su núcleo de protones cargado positivamente y (excepto el hidrógeno) neutrones.

Debido a que los átomos no existen aislados y, en cambio, forman compuestos moleculares al combinarse con otros átomos, el concepto de electronegatividad es importante porque determina la naturaleza de los enlaces entre átomos. Los átomos se unen a otros átomos a través de un proceso de compartir electrones, pero esto realmente puede verse más como un juego de tira y afloja que no se puede resolver: los átomos permanecen unidos juntos porque, aunque ninguno de los átomos "gana", su atracción mutua esencial mantiene sus electrones compartidos girando alrededor de un punto bastante bien definido entre ellos.

Los átomos consisten en protones y neutrones, que forman el centro o núcleo de los átomos, y electrones, que "orbitan" el núcleo más bien como planetas muy pequeños o cometas girando a velocidades locas alrededor de un sol minúsculo. Un protón tiene una carga positiva de 1,6 x 10

Un tipo o variedad particular de átomo, llamado elemento, se define por el número de protones que tiene, llamado número atómico de ese elemento. El hidrógeno, con un número atómico de 1, tiene un protón; el uranio, que tiene 92 protones, es correspondientemente el número 92 en la tabla periódica de los elementos (ver Recursos para un ejemplo de una tabla periódica interactiva).

Cuando un átomo sufre un cambio en su número de protones, ya no es el mismo elemento. Cuando un átomo gana o pierde neutrones, por otro lado, sigue siendo el mismo elemento pero es un isótopo de la forma original, más químicamente estable. Cuando un átomo gana o pierde electrones pero permanece igual, se llama ion.

Los electrones, que se encuentran en los bordes físicos de estos arreglos microscópicos, son los componentes de los átomos que participan en la unión con otros átomos.

El hecho de que los núcleos de los átomos estén cargados positivamente mientras los electrones se mueven a toda velocidad en el las franjas físicas del átomo están cargadas negativamente determina la forma en que los átomos individuales interactúan con uno otro. Cuando dos átomos están muy juntos, se repelen sin importar los elementos que representen, porque sus respectivos electrones "se encuentran" entre sí primero, y las cargas negativas empujan contra otras negativas cargos. Sus respectivos núcleos, aunque no están tan juntos como sus electrones, también se repelen entre sí. Sin embargo, cuando los átomos están a una distancia suficiente, tienden a atraerse entre sí. (Los iones, como verá pronto, son una excepción; dos iones con carga positiva siempre se repelerán entre sí, y lo mismo ocurre con los pares de iones con carga negativa). distancia de equilibrio, las fuerzas atractiva y repelente se equilibran, y los átomos permanecerán separados a esta distancia a menos que sean perturbados por otros efectivo.

La energía potencial en un par átomo-átomo se define como negativa si los átomos se atraen entre sí y positiva si los átomos pueden alejarse entre sí. En la distancia de equilibrio, la energía potencial entre el átomo está en su valor más bajo (es decir, más negativo). Esto se llama energía de enlace del átomo en cuestión.

Una variedad de tipos de enlaces atómicos salpican el panorama de la química molecular. Los más importantes para los propósitos actuales son los enlaces iónicos y los enlaces covalentes.

Consulte la discusión anterior sobre los átomos que tienden a repelerse entre sí de cerca principalmente debido a la interacción entre sus electrones. También se observó que los iones cargados de manera similar se repelen entre sí, pase lo que pase. Sin embargo, si un par de iones tiene cargas opuestas, es decir, si un átomo ha perdido un electrón para asumir una carga de +1 mientras que otro ha ganado un electrón para asumir una carga de -1, entonces los dos átomos se atraen muy fuertemente a cada uno otro. La carga neta de cada átomo borra cualquier efecto repelente que puedan tener sus electrones, y los átomos tienden a unirse. Debido a que estos enlaces se encuentran entre iones, se denominan enlaces iónicos. Sal de mesa, que consiste en cloruro de sodio (NaCl) y resulta de un enlace de átomo de sodio cargado positivamente a un átomo de cloro cargado negativamente para crear una molécula eléctricamente neutra, ejemplifica este tipo de vínculo.

Los enlaces covalentes resultan de los mismos principios, pero estos enlaces no son tan fuertes debido a la presencia de fuerzas en competencia algo más equilibradas. Por ejemplo, agua (H₂O) tiene dos enlaces covalentes de hidrógeno-oxígeno. La razón por la que se forman estos enlaces es principalmente porque las órbitas electrónicas externas de los átomos "quieren" llenarse con cierto número de electrones. Ese número varía entre elementos, y compartir electrones con otros átomos es una forma de lograrlo incluso cuando significa superar modestos efectos repelentes. Las moléculas que incluyen enlaces covalentes pueden ser polares, lo que significa que aunque su carga neta es cero, porciones de la molécula llevan una carga positiva que se equilibra con cargas negativas en otras partes.

La escala de Pauling se usa para determinar qué tan electronegativo es un elemento dado. (Esta escala toma su nombre del científico Linus Pauling, ganador del Premio Nobel). Cuanto mayor sea el valor, más ansioso un átomo es atraer electrones hacia sí mismo en escenarios que se prestan a la posibilidad de covalencia vinculación.

El elemento de mayor rango en esta escala es el flúor, al que se le asigna un valor de 4.0. Los de menor rango son los relativamente elementos oscuros cesio y francio, que se registran en 0,7. Los enlaces covalentes "desiguales" o polares se producen entre elementos con grandes diferencias; en estos casos, los electrones compartidos se encuentran más cerca de un átomo que del otro. Si dos átomos de un elemento se unen entre sí, como con un O₂ molécula, los átomos son obviamente iguales en electronegatividad, y los electrones se encuentran igualmente lejos de cada núcleo. Este es un enlace no polar.

La posición de un elemento en la tabla periódica ofrece información general sobre su electronegatividad. El valor de la electronegatividad de los elementos aumenta de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba. La posición del flúor cerca de la parte superior derecha asegura su alto valor.

Como ocurre con la física atómica en general, gran parte de lo que se conoce sobre el comportamiento de los electrones y los enlaces es, aunque experimentalmente establecido, en gran parte teórico a nivel de subatómico individual partículas. Los experimentos para verificar exactamente qué están haciendo los electrones individuales es un problema técnico, al igual que aislar los átomos individuales que contienen esos electrones. En experimentos para probar la electronegatividad, los valores se han derivado tradicionalmente, por necesidad, de promediar los valores de un gran número de átomos individuales.

En 2017, los investigadores pudieron utilizar una técnica llamada microscopía de fuerza electrónica para examinar átomos individuales en la superficie del silicio y medir sus valores de electronegatividad. Lo hicieron evaluando el comportamiento de enlace del silicio con el oxígeno cuando los dos elementos se colocaron a diferentes distancias. A medida que la tecnología continúe mejorando en física, el conocimiento humano sobre la electronegatividad prosperará aún más.