Eletronegatividade: escalas, variação, utilidade e exemplos

A eletronegatividade é uma propriedade periódica relativa que diz respeito à capacidade de um átomo de atrair a densidade eletrônica de seu ambiente molecular. É a tendência de um átomo atrair elétrons quando está ligado a uma molécula. Isso se reflete no comportamento de muitos compostos e como eles interagem entre si de maneira intermolecular.

Nem todos os elementos atraem elétrons de átomos adjacentes em igual medida. No caso daqueles que produzem densidade eletrônica facilmente, dizem que são eletropositivos, enquanto aqueles que "se cobrem" de elétrons são eletronegativos . Há muitas maneiras de explicar e observar essa propriedade (ou conceito).

Por exemplo, nos mapas de potenciais eletrostáticos para uma molécula (como o dióxido de cloro na imagem acima, ClO ₂ ) é observado o efeito das diferentes eletronegatividades para os átomos de cloro e oxigênio.

A cor vermelha indica as regiões ricas em elétrons da molécula, δ- e a cor azul aquelas que são pobres em elétrons, δ +. Assim, após uma série de cálculos computacionais, esse tipo de mapa pode ser estabelecido; muitos deles mostram uma relação direta entre a localização dos átomos eletronegativos e δ-.

Ele também pode ser visualizado da seguinte forma: dentro de uma molécula, o trânsito de elétrons é mais provável de ocorrer na vizinhança de átomos mais eletronegativos. É por essa razão que, para o ClO _2, os átomos de oxigênio (as esferas vermelhas) são circundados por uma nuvem vermelha, enquanto o átomo de cloro (a esfera verde) de uma nuvem azulada.

A definição de eletronegatividade depende da abordagem que é dada ao fenômeno, existindo várias escalas que o consideram de certos aspectos. No entanto, todas as escalas têm em comum o fato de serem suportadas pela natureza intrínseca dos átomos.

Escalas de eletronegatividade

A eletronegatividade não é uma propriedade que pode ser quantificada nem tem valores absolutos. Por quê? Porque a tendência de um átomo para atrair a densidade eletrônica para ele não é a mesma em todos os compostos. Em outras palavras: a eletronegatividade varia dependendo da molécula.

Se, para a molécula de ClO ₂, o átomo de Cl fosse substituído pelo átomo de N, então a tendência do O de atrair os elétrons também mudaria; pode aumentar (tornar a nuvem mais vermelha) ou diminuir (perder cor). A diferença estaria na nova ligação formada por NO, para ter a molécula ONO (dióxido de nitrogênio, NO ₂ ).

Como a eletronegatividade de um átomo não é a mesma para todos os seus ambientes moleculares, é necessário defini-lo em termos de outras variáveis. Desta forma, temos valores que servem como referência e que nos permitem prever, por exemplo, o tipo de ligação que se forma (iônico ou covalente).

Escala de Pauling

O grande cientista e vencedor de dois prêmios Nobel, Linus Pauling, propôs em 1932 uma forma quantitativa (mensurável) da eletronegativa conhecida como a escala de Pauling. Nela, a eletronegatividade de dois elementos, A e B, formando ligações, estava relacionada à energia extra associada ao caráter iônico da ligação AB.

Como é este? Teoricamente, as ligações covalentes são as mais estáveis, já que a distribuição de seus elétrons entre dois átomos é eqüitativa; isto é, para as moléculas AA e BB, ambos os átomos compartilham o par de elétrons da ligação da mesma maneira. No entanto, se A for mais eletronegativo, esse par será maior que A que B.

Neste caso, AB não é mais completamente covalente, embora se suas eletronegatividades não diferirem muito, pode-se dizer que sua ligação tem um caráter altamente covalente. Quando isso acontece, a ligação passa por uma pequena instabilidade e adquire energia extra como um produto da diferença de eletronegatividade entre A e B.

Quanto maior essa diferença, maior o poder do link AB e, conseqüentemente, maior o caráter iônico do link.

Esta escala representa a mais utilizada em química, e os valores de eletronegatividades surgiram a partir da atribuição de um valor de 4 para o átomo de flúor. De lá, eles poderiam calcular os outros elementos.

Escala de Mulliken

Enquanto a escala de Pauling tem a ver com a energia associada aos elos, a escala de Robert Mulliken está relacionada mais a duas outras propriedades periódicas: a energia de ionização (EI) e a afinidade eletrônica (AE).

Assim, um elemento com altos valores de EI e AE é muito eletronegativo e, portanto, atrairá elétrons de seu ambiente molecular.

Por quê? Porque EI reflete o quão difícil é "puxar" um elétron externo, e AE quão estável é o ânion formado na fase gasosa. Se ambas as propriedades possuem altas magnitudes, então o elemento é "amante" dos elétrons.

As eletronegatividades de Mulliken são calculadas com a seguinte fórmula:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Ou seja, χ _M é igual ao valor médio de EI e AE.

No entanto, ao contrário da escala de Pauling, que depende de quais átomos formam ligações, ela está relacionada às propriedades do estado de valência (com suas configurações eletrônicas mais estáveis).

Ambas as escalas geram valores semelhantes de eletronegatividade para os elementos e estão relacionadas aproximadamente à seguinte conversão:

Χ _P = 1, 35 (Χ _M ) 1/2 - 1, 37

Ambos X _M e X _P são valores adimensionais; isto é, eles não têm unidades.

Escala de AL Allred e E.Rochow

Existem outras escalas de eletronegatividade, como Sanderson e Allen. No entanto, o que segue os dois primeiros é a escala de Allred e Rochow (χ _AR ). Desta vez, é baseado na carga nuclear efetiva que um elétron experimenta na superfície dos átomos. Portanto, está diretamente relacionado à força atrativa do núcleo e ao efeito de tela.

Como a eletronegatividade varia na tabela periódica?

Independentemente das escalas ou dos valores que você possui, a eletronegatividade aumenta da direita para a esquerda por um período e de baixo para cima nos grupos. Assim, aumenta para a diagonal superior direita (sem contagem de hélio) até encontrar flúor.

Na imagem acima você pode ver o que acabou de ser dito. As eletronegatividades de Pauling são expressas na tabela periódica de acordo com as cores das células. Como o flúor é o mais eletronegativo, ele corresponde a uma cor púrpura mais proeminente, enquanto às cores menos eletronegativas (ou eletropositivas) mais escuras.

Pode-se observar também que as cabeças dos grupos (H, Be, B, C, etc.) têm as cores mais claras e, à medida que você passa pelo grupo, os outros elementos ficam mais escuros. Por que isso? A resposta está novamente nas propriedades EI, AE, Zef (carga nuclear efetiva) e no raio atômico.

O átomo na molécula

Os átomos individuais têm uma carga nuclear real Z e os elétrons externos sofrem uma carga nuclear efetiva devido ao efeito de proteção.

Conforme se move por um período, Zef aumenta de tal forma que o átomo se contrai; isto é, os raios atômicos são reduzidos ao longo de um período.

Isto traz como conseqüência que, no momento de ligar um átomo a outro, os elétrons "fluirão" em direção ao átomo com maior Zef. Além disso, isso dá um caráter iônico ao link, se houver uma tendência marcada dos elétrons para ir em direção a um átomo. Quando este não é o caso, estamos falando de uma ligação predominantemente covalente.

Por esta razão, a eletronegatividade varia de acordo com os raios atômicos, Zef, que por sua vez estão intimamente relacionados com EI e AE. Tudo é uma corrente.

Para que serve?

O que é eletronegatividade? Em princípio, para determinar se um composto binário é covalente ou iônico. Quando a diferença na eletronegatividade é muito alta (a uma taxa de 1, 7 unidades ou mais), diz-se que o composto é iônico. Além disso, é útil discernir em uma estrutura quais regiões possivelmente serão mais ricas em elétrons.

A partir daqui, pode-se prever qual mecanismo ou reação o composto pode sofrer. Em regiões pobres de elétrons, δ +, é possível que espécies carregadas negativamente funcionem de determinada maneira; e em regiões ricas em elétrons, seus átomos podem interagir de maneiras muito específicas com outras moléculas (interações dipolo-dipolo).

Exemplos (cloro, oxigênio, sódio, flúor)

Quais são os valores de eletronegatividade para os átomos de cloro, oxigênio, sódio e flúor? Depois do flúor, quem é o mais eletronegativo? Usando a tabela periódica, observa-se que o sódio tem uma cor púrpura escura, enquanto as cores para oxigênio e cloro são visualmente muito semelhantes.

Seus valores de eletronegatividade para as escalas de Pauling, Mulliken e Allred-Rochow são:

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).

Observe que, com os valores numéricos, há uma diferença entre as negatividades do oxigênio e do cloro.

De acordo com a escala de Mulliken, o cloro é mais eletronegativo que o oxigênio, ao contrário das escalas de Pauling e Allred-Rochow. A diferença na eletronegatividade entre os dois elementos é ainda mais evidente usando a escala de Allred-Rochow. E finalmente, o flúor, independentemente da escala escolhida, é o mais eletronegativo.

Portanto, onde há um átomo de F em uma molécula, isso significa que a ligação terá um alto caráter iônico.