Explicação do conceito de eletronegatividade

Eletronegatividade é um conceito em química molecular que descreve a capacidade de um átomo de atrair elétrons para si mesmo. Quanto maior o valor numérico da eletronegatividade de um determinado átomo, mais poderosamente ele atrai elétrons carregados negativamente em direção ao seu núcleo de prótons com carga positiva e (exceto para o hidrogênio) nêutrons.

Porque os átomos não existem isoladamente e, em vez disso, formam compostos moleculares combinando-se com outros átomos, o conceito de eletronegatividade é importante porque determina a natureza das ligações entre átomos. Os átomos se unem a outros átomos por meio de um processo de compartilhamento de elétrons, mas isso pode realmente ser visto mais como um jogo de cabo de guerra não resolvível: os átomos permanecem ligados juntos porque, embora nenhum átomo "vença", sua atração mútua essencial mantém seus elétrons compartilhados girando em torno de algum ponto bastante bem definido entre eles.

Os átomos consistem em prótons e nêutrons, que constituem o centro ou núcleo dos átomos, e elétrons, que "orbitam" o núcleo como se fossem planetas ou cometas minúsculos girando em velocidades alucinantes em torno de um sol minúsculo. Um próton carrega uma carga positiva de 1,6 x 10

Um determinado tipo ou variedade de átomo, denominado elemento, é definido pelo número de prótons que possui, denominado número atômico desse elemento. O hidrogênio, com número atômico 1, possui um próton; o urânio, que tem 92 prótons, é correspondentemente o número 92 na tabela periódica dos elementos (consulte os Recursos para obter um exemplo de tabela periódica interativa).

Quando um átomo sofre uma mudança em seu número de prótons, ele não é mais o mesmo elemento. Quando um átomo ganha ou perde nêutrons, por outro lado, ele permanece o mesmo elemento, mas é um isótopo da forma original, mais quimicamente estável. Quando um átomo ganha ou perde elétrons, mas permanece o mesmo, é chamado de íon.

Os elétrons, estando nas bordas físicas desses arranjos microscópicos, são os componentes dos átomos que participam da ligação com outros átomos.

O fato de que os núcleos dos átomos são carregados positivamente, enquanto os elétrons oscilam no as franjas físicas do átomo têm carga negativa determina a maneira como os átomos individuais interagem com um outro. Quando dois átomos estão muito próximos, eles se repelem, independentemente dos elementos que representam, porque seus respectivos elétrons "encontram" um ao outro primeiro, e cargas negativas empurram contra outras cobranças. Seus respectivos núcleos, embora não tão próximos quanto seus elétrons, também se repelem. Quando os átomos estão a uma distância suficiente uns dos outros, no entanto, eles tendem a se atrair. (Íons, como você verá em breve, são uma exceção; dois íons carregados positivamente sempre se repelirão, e idem para pares de íons carregados negativamente.) Isso implica que em um determinado distância de equilíbrio, as forças atrativas e repelentes se equilibram, e os átomos permanecerão separados a esta distância, a menos que sejam perturbados por outros forças.

A energia potencial em um par átomo-átomo é definida como negativa se os átomos são atraídos um pelo outro e positiva se os átomos estão livres para se afastar um do outro. Na distância de equilíbrio, a energia potencial entre o átomo está em seu valor mais baixo (ou seja, mais negativo). Isso é chamado de energia de ligação do átomo em questão.

Uma variedade de tipos de ligações atômicas apimentam a paisagem da química molecular. Os mais importantes para os presentes propósitos são as ligações iônicas e as ligações covalentes.

Consulte a discussão anterior sobre os átomos que tendem a se repelir de perto, principalmente por causa da interação entre seus elétrons. Também foi observado que íons carregados de forma semelhante se repelem, não importa o que aconteça. Se um par de íons tem cargas opostas, no entanto - isto é, se um átomo perdeu um elétron para assumir a carga de +1 enquanto outro ganhou um elétron para assumir a carga de -1 - então os dois átomos são fortemente atraídos por cada um outro. A carga líquida em cada átomo oblitera quaisquer efeitos repelentes que seus elétrons possam ter, e os átomos tendem a se ligar. Como essas ligações são entre íons, elas são chamadas de ligações iônicas. Sal de mesa, consistindo de cloreto de sódio (NaCl) e resultante de uma ligação de átomo de sódio com carga positiva a um átomo de cloro carregado negativamente para criar uma molécula eletricamente neutra, exemplifica este tipo de ligação.

As ligações covalentes resultam dos mesmos princípios, mas essas ligações não são tão fortes devido à presença de forças concorrentes um pouco mais equilibradas. Por exemplo, água (H₂O) tem duas ligações covalentes de hidrogênio-oxigênio. A razão pela qual essas ligações se formam é principalmente porque as órbitas eletrônicas externas dos átomos "querem" se preencher com certo número de elétrons. Esse número varia entre os elementos, e compartilhar elétrons com outros átomos é uma maneira de conseguir isso, mesmo quando significa superar modestos efeitos repelentes. As moléculas que incluem ligações covalentes podem ser polares, o que significa que, embora sua carga líquida seja zero, porções da molécula carregam uma carga positiva que é balanceada por cargas negativas em outros lugares.

A escala de Pauling é usada para determinar o quão eletronegativo é um determinado elemento. (Esta escala leva o nome do cientista vencedor do Prêmio Nobel Linus Pauling.) Quanto maior o valor, mais ansioso por um átomo é atrair elétrons para si mesmo em cenários que se prestam à possibilidade de União.

O elemento de classificação mais alta nessa escala é o flúor, ao qual é atribuído um valor de 4,0. As classificações mais baixas são as elementos obscuros césio e frâncio, que verificam em 0,7. Ligações covalentes "irregulares" ou polares ocorrem entre elementos com grandes diferenças; nesses casos, os elétrons compartilhados estão mais próximos de um átomo do que do outro. Se dois átomos de um elemento se ligam, como acontece com um O₂ molécula, os átomos são obviamente iguais em eletronegatividade e os elétrons estão igualmente distantes de cada núcleo. Este é um vínculo não polar.

A posição de um elemento na tabela periódica oferece informações gerais sobre sua eletronegatividade. O valor da eletronegatividade dos elementos aumenta da esquerda para a direita e também de baixo para cima. A posição do flúor próximo ao canto superior direito garante seu alto valor.

Tal como acontece com a física atômica em geral, muito do que se sabe sobre o comportamento dos elétrons e ligações é, embora estabelecido experimentalmente, amplamente teórico no nível do indivíduo subatômico partículas. Experimentos para verificar exatamente o que os elétrons individuais estão fazendo é um problema técnico, assim como isolar os átomos individuais que contêm esses elétrons. Em experimentos para testar a eletronegatividade, os valores têm sido tradicionalmente derivados, necessariamente, da média dos valores de muitos átomos individuais.

Em 2017, os pesquisadores puderam usar uma técnica chamada microscopia de força eletrônica para examinar átomos individuais na superfície do silício e medir seus valores de eletronegatividade. Eles fizeram isso avaliando o comportamento da ligação do silício com o oxigênio quando os dois elementos foram colocados em distâncias diferentes. À medida que a tecnologia continua a melhorar na física, o conhecimento humano sobre eletronegatividade florescerá ainda mais.