Explicarea conceptului de electronegativitate

Electronegativitatea este un concept în chimia moleculară care descrie capacitatea unui atom de a atrage electroni către sine. Cu cât este mai mare valoarea numerică a electronegativității unui atom dat, cu atât mai puternic atrage electroni încărcați negativ către nucleul său de protoni încărcați pozitiv și (cu excepția hidrogenului) neutroni.

Deoarece atomii nu există izolat și în schimb formează compuși moleculari prin combinarea cu alții atomii, conceptul de electronegativitate este important deoarece determină natura legăturilor dintre atomi. Atomii se unesc cu alți atomi printr-un proces de împărțire a electronilor, dar acest lucru poate fi privit într-adevăr mai mult ca un joc nerezolvabil de tragere la rază: atomii rămân legați împreună pentru că, în timp ce niciun atom nu „câștigă”, atracția lor esențială reciprocă păstrează electronii lor comuni zoomând în jurul unui punct destul de bine definit între lor.

Atomii constau din protoni și neutroni, care alcătuiesc centrul sau nucleul atomilor și electroni, care „orbitează” nucleul mai degrabă ca niște planete foarte mici sau comete care se învârt la viteze de nebunie în jurul a soare minuscul. Un proton are o sarcină pozitivă de 1,6 x 10

Un anumit tip sau varietate de atom, numit element, este definit de numărul de protoni pe care îl are, numit numărul atomic al acelui element. Hidrogenul, cu un număr atomic de 1, are un proton; uraniul, care are 92 de protoni, este în mod corespunzător numărul 92 pe tabelul periodic al elementelor (a se vedea Resursele pentru un exemplu de tabel periodic interactiv).

Când un atom suferă o modificare a numărului său de protoni, nu mai este același element. Pe de altă parte, atunci când un atom câștigă sau pierde neutroni, acesta rămâne același element, dar este un izotop a formei originale, cele mai stabile din punct de vedere chimic. Când un atom câștigă sau pierde electroni, dar în rest rămâne același, se numește an ion.

Electronii, aflați pe marginile fizice ale acestor aranjamente microscopice, sunt componentele atomilor care participă la legarea cu alți atomi.

Faptul că nucleii atomilor sunt încărcați pozitiv în timp ce electronii se îngrămădesc în jurul marginile fizice ale atomului sunt încărcate negativ determină modul în care atomii individuali interacționează cu unul un alt. Când doi atomi sunt foarte apropiați, se resping reciproc, indiferent de elementele pe care le reprezintă, deoarece electronii lor respectivi se "întâlnesc" unul cu celălalt mai întâi, iar sarcinile negative se împing împotriva altor negative taxe. Nucleii lor respectivi, deși nu sunt la fel de apropiați ca electronii lor, se resping și unul pe celălalt. Cu toate acestea, atunci când atomii sunt la o distanță suficientă, tind să se atragă reciproc. (Ionii, după cum veți vedea în curând, sunt o excepție; doi ioni încărcați pozitiv se vor respinge întotdeauna reciproc și la fel pentru perechile de ioni încărcați negativ.) Aceasta implică faptul că la un anumit distanța de echilibru, forțele de atracție și respingere se echilibrează, iar atomii vor rămâne la această distanță, în afară de cazul în care sunt deranjați de alții forțelor.

Energia potențială dintr-o pereche atom-atom este definită ca fiind negativă dacă atomii sunt atrași unul de celălalt și pozitivi dacă atomii sunt liberi să se îndepărteze unul de celălalt. La distanța de echilibru, energia potențială dintre atom este la cea mai mică valoare (adică cea mai negativă). Aceasta se numește energia de legătură a atomului în cauză.

O varietate de tipuri de legături atomice piperează peisajul chimiei moleculare. Cele mai importante pentru scopurile actuale sunt legăturile ionice și legăturile covalente.

Consultați discuția anterioară despre atomi care tind să se respingă unul pe celălalt de aproape din cauza interacțiunii dintre electronii lor. De asemenea, s-a observat că ionii încărcați în mod similar se resping reciproc, indiferent de ce. Cu toate acestea, dacă o pereche de ioni are sarcini opuse - adică dacă un atom a pierdut un electron pentru a-și asuma sarcina de +1 în timp ce altul a câștigat un electron pentru a-și asuma sarcina de -1 - atunci cei doi atomi sunt foarte puternici atrași de fiecare alte. Încărcarea netă pe fiecare atom elimină orice efect de respingere ar putea avea electronii lor, iar atomii tind să se lege. Deoarece aceste legături sunt între ioni, ele se numesc legături ionice. Sare de masă, constând din clorură de sodiu (NaCI) și rezultată dintr-o legătură cu atom de sodiu încărcată pozitiv la un atom de clor încărcat negativ pentru a crea o moleculă electrică neutră, exemplifică acest tip de legătură.

Legăturile covalente rezultă din aceleași principii, dar aceste legături nu sunt la fel de puternice datorită prezenței unor forțe concurente ceva mai echilibrate. De exemplu, apa (H₂O) are două legături covalente hidrogen-oxigen. Motivul pentru care se formează aceste legături se datorează în principal orbitelor externe ale electronilor atomilor „doresc” să se umple cu un anumit număr de electroni. Acest număr variază între elemente, iar partajarea electronilor cu alți atomi este o modalitate de a realiza acest lucru chiar și atunci când înseamnă depășirea unor efecte de respingere modeste. Moleculele care includ legături covalente pot fi polare, ceea ce înseamnă că, deși sarcina lor netă este zero, porțiuni din moleculă poartă o sarcină pozitivă care este echilibrată de sarcini negative în altă parte.

Scara Pauling este utilizată pentru a determina cât de electronegativ este un element dat. (Această scală își ia numele de la regretatul om de știință laureat al Premiului Nobel Linus Pauling.) Cu cât valoarea este mai mare, cu atât mai mult dornic de un atom este de a atrage electroni spre sine în scenarii care se oferă posibilitatea de a covalent legătură.

Cel mai înalt element de pe această scară este fluorul, căruia i se atribuie o valoare de 4,0. Cele mai mici clasamente sunt relativ elemente obscure cesiu și franciu, care se înregistrează la 0,7. Legături „neuniforme” sau polare, covalente, apar între elementele cu dimensiuni mari diferențe; în aceste cazuri, electronii împărțiți se află mai aproape de un atom decât de celălalt. Dacă doi atomi ai unui element se leagă unul de celălalt, ca la un O₂ moleculă, atomii sunt în mod evident egali în electronegativitate, iar electronii se află la fel de departe de fiecare nucleu. Aceasta este o legătură nepolară.

Poziția unui element pe tabelul periodic oferă informații generale despre electronegativitatea acestuia. Valoarea electronegativității elementelor crește de la stânga la dreapta, precum și de jos în sus. Poziția fluorului lângă partea dreaptă sus asigură valoarea sa ridicată.

La fel ca în fizica atomică în general, o mare parte din ceea ce se știe despre comportamentul electronilor și legătura este, deși stabilit experimental, în mare parte teoretic la nivelul subatomic individual particule. Experimentele pentru a verifica exact ceea ce fac electronii individuali este o problemă tehnică, la fel ca și izolarea atomilor individuali care conțin acești electroni. În experimentele de testare a electronegativității, valorile au fost tradițional derivate din, în mod necesar, din media valorilor unui număr mare de atomi individuali.

În 2017, cercetătorii au putut folosi o tehnică numită microscopie electronică de forță pentru a examina atomii individuali de pe suprafața siliciului și a măsura valorile lor de electronegativitate. Au făcut acest lucru evaluând comportamentul de legătură al siliciului cu oxigenul atunci când cele două elemente au fost plasate la distanțe diferite. Pe măsură ce tehnologia continuă să se îmbunătățească în fizică, cunoștințele umane despre electronegativitate vor înflori în continuare.