Explication du concept d'électronégativité

L'électronégativité est un concept de la chimie moléculaire qui décrit la capacité d'un atome à attirer des électrons vers lui. Plus la valeur numérique de l'électronégativité d'un atome donné est élevée, plus il attire puissamment électrons chargés négativement vers son noyau de protons chargé positivement et (sauf pour l'hydrogène) neutrons.

Parce que les atomes n'existent pas isolément et forment à la place des composés moléculaires en se combinant avec d'autres atomes, le concept d'électronégativité est important car il détermine la nature des liaisons entre atomes. Les atomes se joignent à d'autres atomes par un processus de partage d'électrons, mais cela peut vraiment être considéré davantage comme un jeu de tir à la corde insoluble: les atomes restent liés ensemble parce que, bien qu'aucun atome ne "gagne", leur attraction mutuelle essentielle maintient leurs électrons partagés à zoomer autour d'un point assez bien défini entre eux.

Les atomes sont constitués de protons et de neutrons, qui constituent le centre ou le noyau des atomes, et d'électrons, qui « orbitent » autour du noyau comme de très petites planètes ou des comètes tourbillonnant à des vitesses folles autour d'un soleil minuscule. Un proton porte une charge positive de 1,6 x 10

Un type ou une variété d'atomes, appelé élément, est défini par le nombre de protons qu'il possède, appelé numéro atomique de cet élément. L'hydrogène, avec un numéro atomique de 1, a un proton; l'uranium, qui a 92 protons, est par conséquent le numéro 92 sur le tableau périodique des éléments (voir les ressources pour un exemple d'un tableau périodique interactif).

Lorsqu'un atome subit une modification de son nombre de protons, ce n'est plus le même élément. Lorsqu'un atome gagne ou perd des neutrons, en revanche, il reste le même élément mais est un isotope de la forme originale, la plus chimiquement stable. Lorsqu'un atome gagne ou perd des électrons mais reste le même, cela s'appelle un ion.

Les électrons, étant sur les bords physiques de ces arrangements microscopiques, sont les composants des atomes qui participent à la liaison avec d'autres atomes.

Le fait que les noyaux des atomes soient chargés positivement tandis que les électrons se déplacent sur le les franges physiques de l'atome sont chargées négativement détermine la façon dont les atomes individuels interagissent avec l'un une autre. Lorsque deux atomes sont très proches l'un de l'autre, ils se repoussent quels que soient les éléments qu'ils représentent, car leurs électrons respectifs se "rencontrent" en premier, et les charges négatives poussent contre les autres des charges. Leurs noyaux respectifs, bien que moins rapprochés que leurs électrons, se repoussent également. Cependant, lorsque les atomes sont à une distance suffisante les uns des autres, ils ont tendance à s'attirer les uns les autres. (Les ions, comme vous le verrez bientôt, sont une exception; deux ions chargés positivement se repousseront toujours, et idem pour les paires d'ions chargés négativement.) Cela implique qu'à un certain distance d'équilibre, les forces attractives et répulsives s'équilibrent, et les atomes resteront à cette distance à moins d'être dérangés par d'autres les forces.

L'énergie potentielle dans une paire atome-atome est définie comme négative si les atomes sont attirés l'un vers l'autre et positive si les atomes sont libres de s'éloigner les uns des autres. À la distance d'équilibre, l'énergie potentielle entre l'atome est à sa valeur la plus basse (c'est-à-dire la plus négative). C'est ce qu'on appelle l'énergie de liaison de l'atome en question.

Une variété de types de liaisons atomiques parsèment le paysage de la chimie moléculaire. Les plus importantes aux fins actuelles sont les liaisons ioniques et les liaisons covalentes.

Reportez-vous à la discussion précédente sur les atomes qui ont tendance à se repousser de près principalement en raison de l'interaction entre leurs électrons. Il a également été noté que les ions chargés de manière similaire se repoussent quoi qu'il arrive. Si une paire d'ions a des charges opposées, c'est-à-dire si un atome a perdu un électron pour assumer une charge de +1 tandis qu'un autre a gagné un électron pour assumer une charge de -1 - alors les deux atomes sont très fortement attirés l'un vers l'autre autre. La charge nette sur chaque atome efface tous les effets répulsifs que leurs électrons pourraient avoir, et les atomes ont tendance à se lier. Parce que ces liaisons sont entre les ions, elles sont appelées liaisons ioniques. Sel de table, constitué de chlorure de sodium (NaCl) et résultant d'une liaison d'atomes de sodium chargés positivement à un atome de chlore chargé négativement pour créer une molécule électriquement neutre, illustre ce type de lier.

Les liaisons covalentes résultent des mêmes principes, mais ces liaisons ne sont pas aussi fortes en raison de la présence de forces concurrentes un peu plus équilibrées. Par exemple, l'eau (H₂O) a deux liaisons covalentes hydrogène-oxygène. La raison pour laquelle ces liaisons se forment est principalement parce que les orbites électroniques externes des atomes "veulent" se remplir d'un certain nombre d'électrons. Ce nombre varie d'un élément à l'autre, et le partage d'électrons avec d'autres atomes est un moyen d'y parvenir même si cela implique de surmonter des effets répulsifs modestes. Les molécules qui incluent des liaisons covalentes peuvent être polaires, ce qui signifie que même si leur charge nette est nulle, des parties de la molécule portent une charge positive qui est équilibrée par des charges négatives ailleurs.

L'échelle de Pauling est utilisée pour déterminer à quel point un élément donné est électronégatif. (Cette échelle tire son nom du regretté scientifique Linus Pauling, lauréat du prix Nobel.) Plus la valeur est élevée, plus désireux d'un atome est d'attirer des électrons vers lui dans des scénarios se prêtant à la possibilité de covalent liaison.

L'élément le mieux classé sur cette échelle est le fluor, qui se voit attribuer une valeur de 4,0. Les moins bien classés sont les relativement éléments obscurs césium et francium, qui se vérifient à 0,7. Des liaisons covalentes « inégales » ou polaires se produisent entre des éléments de grande différences; dans ces cas, les électrons partagés se trouvent plus près d'un atome que de l'autre. Si deux atomes d'un élément se lient l'un à l'autre, comme avec un O₂ molécule, les atomes sont évidemment égaux en électronégativité, et les électrons se trouvent également loin de chaque noyau. Il s'agit d'une liaison non polaire.

La position d'un élément sur le tableau périodique offre des informations générales sur son électronégativité. La valeur de l'électronégativité des éléments augmente de gauche à droite ainsi que de bas en haut. La position du fluor près du coin supérieur droit garantit sa valeur élevée.

Comme pour la physique atomique en général, une grande partie de ce qui est connu sur le comportement des électrons et la liaison est, bien qu'expérimentalement établi, en grande partie théorique au niveau de l'individu subatomique particules. Les expériences visant à vérifier exactement ce que font les électrons individuels sont un problème technique, tout comme l'isolement des atomes individuels contenant ces électrons. Dans les expériences pour tester l'électronégativité, les valeurs ont traditionnellement été dérivées, par nécessité, de la moyenne des valeurs d'un grand nombre d'atomes individuels.

En 2017, les chercheurs ont pu utiliser une technique appelée microscopie électronique à force pour examiner des atomes individuels à la surface du silicium et mesurer leurs valeurs d'électronégativité. Ils l'ont fait en évaluant le comportement de liaison du silicium avec l'oxygène lorsque les deux éléments étaient placés à des distances différentes. À mesure que la technologie continue de s'améliorer en physique, les connaissances humaines sur l'électronégativité s'épanouiront davantage.