Échelles d'électronégativité, variation, utilité et exemples

Le l'électronégativité est une propriété périodique relative qui concerne la capacité d'un atome à attirer la densité électronique de son environnement moléculaire. C'est la tendance d'un atome à attirer des électrons lorsqu'il est attaché à une molécule. Cela se reflète dans le comportement de nombreux composés et dans leur interaction intermoléculaire.

Tous les éléments n'attirent pas autant les électrons des atomes adjacents. Dans le cas de ceux qui donnent facilement une densité électronique, on dit qu'ils sont électropositifs, tandis que ceux qui sont "couverts" avec des électrons sont électronégatif. Il y a plusieurs façons d'expliquer et d'observer cette propriété (ou ce concept).

Par exemple, dans les cartes des potentiels électrostatiques d'une molécule (comme le dioxyde de chlore dans l'image ci-dessus, ClO)₂) on observe l'effet des différentes électronégativités pour les atomes de chlore et d'oxygène.

La couleur rouge indique les régions riches en électrons de la molécule, δ-, et la couleur bleue indique les régions pauvres en électrons, δ +. Ainsi, après une série de calculs informatiques, ce type de cartes peut être établi; beaucoup d'entre eux montrent une relation directe entre l'emplacement des atomes électronégatifs et δ-.

Il peut également être visualisé comme suit: dans une molécule, le transit des électrons est plus susceptible de se produire au voisinage d'atomes plus électronégatifs. C’est pour cette raison que pour ClO₂ les atomes d'oxygène (les sphères rouges) sont entourés d'un nuage rouge, tandis que l'atome de chlore (la sphère verte) d'un nuage bleuâtre.

La définition de l’électronégativité dépend de l’approche qui est donnée au phénomène, existant à plusieurs échelles qui le considèrent sous certains aspects. Cependant, toutes les échelles ont en commun qu'elles sont supportées par la nature intrinsèque des atomes.

Index

• 1 échelles d'électronégativité
  • 1.1 échelle de Pauling
  • 1,2 échelle de Mulliken
  • 1.3 Échelle de A.L. Allred et E.Rochow
• 2 Comment l'électronégativité varie-t-elle dans le tableau périodique?
  • 2.1 L'atome dans la molécule
• 3 À quoi ça sert?
• 4 exemples (chlore, oxygène, sodium, fluor)
• 5 références

Échelles d'électronégativité

L'électronégativité n'est pas une propriété pouvant être quantifiée, ni des valeurs absolues. Parce que? Parce que la tendance d'un atome à attirer la densité électronique vers lui n'est pas la même dans tous les composés. En d'autres termes: l'électronégativité varie en fonction de la molécule.

Oui pour la molécule ClO₂ l'atome de Cl sera changé à celui de N, alors la tendance de l'O à attirer les électrons changerait aussi; cela pourrait augmenter (rendre le nuage plus rouge) ou diminuer (perdre de la couleur). La différence réside dans la nouvelle liaison N-O formée pour avoir la molécule O-N-O (dioxyde d'azote, NO₂).

Comme l'électronégativité d'un atome n'est pas la même pour tous ses environnements moléculaires, il est nécessaire de la définir en fonction d'autres variables. De cette façon, nous avons des valeurs qui servent de référence et qui nous permettent de prédire, par exemple, le type de liaison qui se forme (ionique ou covalente).

Échelle de Pauling

Le grand scientifique et lauréat de deux prix Nobel, Linus Pauling, a proposé en 1932 une forme quantitative (mesurable) de l'électronégatif connu sous le nom d'échelle de Pauling. L'électronégativité de deux éléments, A et B, formant des liaisons, était liée à l'énergie supplémentaire associée au caractère ionique de la liaison A-B.

Comment ça se passe? Théoriquement, les liaisons covalentes sont les plus stables, puisque la distribution de leurs électrons entre deux atomes est équitable; c'est-à-dire que pour les molécules A-A et B-B, les deux atomes partagent la paire d'électrons de la liaison de la même manière. Cependant, si A est plus électronégatif, alors cette paire sera supérieure à A que B.

Dans ce cas, A-B n'est plus complètement covalent, bien que si ses électronégativités ne diffèrent pas beaucoup, on peut dire que sa liaison a un caractère covalent élevé. Lorsque cela se produit, la liaison subit une petite instabilité et acquiert une énergie supplémentaire en tant que produit de la différence d'électronégativité entre A et B.

Plus cette différence est grande, plus la liaison A-B est puissante et, par conséquent, plus le caractère ionique du lien est important.

Cette échelle représente la plus utilisée en chimie, et les valeurs d'électronégativité découlent de l'affectation d'une valeur de 4 pour l'atome de fluor. De là, ils pourraient calculer les autres éléments.

Échelle Mulliken

Bien que l’échelle de Pauling ait à voir avec l’énergie associée aux liens, l’échelle de Robert Mulliken se rapporte plus à deux autres propriétés périodiques: l’énergie d’ionisation (EI) et l’affinité électronique (AE).

Ainsi, un élément avec des valeurs élevées d’EI et d’AE est très électronégatif et attirera donc des électrons de son environnement moléculaire.

Parce que? Parce que EI reflète combien il est difficile de "tirer" un électron externe, et AE la stabilité de l'anion formé dans la phase gazeuse.Si les deux propriétés ont des magnitudes élevées, l'élément est "amoureux" des électrons.

Les électronégativités de Mulliken sont calculées avec la formule suivante:

Χ_M = ½ (EI + AE)

C'est-à-dire, χ_M est égal à la valeur moyenne de EI et AE.

Cependant, contrairement à l'échelle de Pauling qui dépend des atomes qui forment des liaisons, elle est liée aux propriétés de l'état de valence (avec ses configurations électroniques plus stables).

Les deux échelles génèrent des valeurs d'électronégativité similaires pour les éléments et sont en gros liées à la reconversion suivante:

Χ_P = 1.35(Χ_M)^1/2 - 1.37

Les deux X_M comme X_P ce sont des valeurs sans dimension; c'est-à-dire qu'ils manquent d'unités.

Echelle de A.L. Allred et E.Rochow

Il existe d'autres échelles d'électronégativité, telles que Sanderson et Allen. Cependant, celle qui suit les deux premiers est l’échelle d’Allred et de Rochow (χ_AR). Cette fois, il est basé sur la charge nucléaire effective que subit un électron à la surface des atomes. Par conséquent, il est directement lié à la force d'attraction du cœur et à l'effet d'écran.

Comment l'électronégativité varie-t-elle dans le tableau périodique?

Indépendamment des échelles ou des valeurs que vous avez, l'électronégativité augmente de droite à gauche pour une période et de bas en haut dans les groupes. Ainsi, il augmente vers la diagonale supérieure droite (sans compter l'hélium) jusqu'à ce qu'il rencontre le fluorure.

Dans l'image ci-dessus, vous pouvez voir ce qui vient d'être dit. Les électronégativités de Pauling sont exprimées dans le tableau périodique en fonction des couleurs des cellules. Comme le fluor est le plus électronégatif, il correspond à une couleur violette plus prononcée, tandis qu’aux couleurs plus foncées moins électronégatives (ou électropositives).

On peut également observer que les têtes de groupes (H, Be, B, C, etc.) ont des couleurs plus claires et que, lorsque vous descendez dans le groupe, les autres éléments deviennent plus sombres. Pourquoi c'est ça? La réponse est encore dans les propriétés EI, AE, Zef (charge nucléaire effective) et dans le rayon atomique.

L'atome dans la molécule

Les atomes individuels ont une charge nucléaire réelle Z et les électrons externes subissent une charge nucléaire efficace en raison de l'effet de blindage.

En se déplaçant dans une période, Zef augmente de telle manière que l'atome se contracte; c'est-à-dire que les rayons atomiques sont réduits sur une période.

Cela a pour conséquence qu'au moment de lier un atome à un autre, les électrons "couleront" vers l'atome avec un plus grand Zef. En outre, cela donne un caractère ionique au lien s'il existe une tendance marquée des électrons à être dirigés vers un atome. Lorsque ce n'est pas le cas, nous parlons d'une liaison à prédominance covalente.

Pour cette raison, l'électronégativité varie en fonction des rayons atomiques Zef, qui sont eux-mêmes étroitement liés à EI et AE. Tout est une chaîne.

A quoi ça sert?

Qu'est-ce que l'électronégativité? En principe, déterminer si un composé binaire est covalent ou ionique. Lorsque la différence d'électronégativité est très élevée (à un taux de 1,7 unité ou plus), le composé est dit ionique. De même, il est utile de distinguer dans une structure les régions qui peuvent être les plus riches en électrons.

De là, on peut prédire quel mécanisme ou quelle réaction le composé peut subir. Dans les régions pauvres d'électrons, δ +, il est possible que des espèces chargées négativement fonctionnent d'une certaine manière; et dans les régions riches en électrons, leurs atomes peuvent interagir de manière très spécifique avec d'autres molécules (interactions dipôle-dipôle).

Exemples (chlore, oxygène, sodium, fluor)

Quelles sont les valeurs d'électronégativité pour les atomes de chlore, d'oxygène, de sodium et de fluor? Après le fluor, qui est le plus électronégatif? En utilisant le tableau périodique, on observe que le sodium a une couleur pourpre foncé, tandis que les couleurs pour l’oxygène et le chlore sont très similaires sur le plan visuel.

Ses valeurs d'électronégativité pour les échelles de Pauling, Mulliken et Allred-Rochow sont les suivantes:

Na (0,93, 1,21, 1,01).

O (3,44, 3,22, 3,50).

Cl (3,16, 3,54, 2,83).

F (3,98, 4,43, 4,10).

Notez qu'avec les valeurs numériques, une différence entre les négativités de l'oxygène et du chlore est observée.

Selon l'échelle de Mulliken, le chlore est plus électronégatif que l'oxygène, contrairement aux échelles de Pauling et d'Allred-Rochow. La différence d'électronégativité entre les deux éléments est encore plus évidente avec l'échelle d'Allred-Rochow. Et finalement, le fluor indépendamment de l’échelle choisie est le plus électronégatif.

Par conséquent, lorsqu'il existe un atome de F dans une molécule, cela signifie que la liaison aura un caractère ionique élevé.

Références

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique (Quatrième édition, pages 30 et 44). Mc Graw Hill.
2. Jim Clark (2000). Électronégativité. Tiré de: chemguide.co.uk
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (11 décembre 2017). Définition de l'électronégativité et exemples. Tiré de: thoughtco.com
4. Mark E. Tuckerman.(05 novembre 2011). Échelle d'électronégativité. De: nyu.edu
5. Wikipedia. (2018). L'électronégativité Tiré de: en.wikipedia.org