Eletronegatividade: escalas, variação, utilidade e exemplos - Ciência - 2023

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o eletro-negatividade é uma propriedade periódica relativa que diz respeito à capacidade de um átomo de atrair densidade de elétrons 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 em como eles interagem intermolecularmente uns com os outros.

Nem todos os elementos atraem elétrons de átomos adjacentes no mesmo grau. No caso daqueles que fornecem densidade de elétrons facilmente, diz-se que eles são eletropositivo, enquanto aqueles que estão "cobertos" com elétrons são eletronegativo. Existem muitas maneiras de explicar e observar essa propriedade (ou conceito).

Por exemplo, em mapas de potencial eletrostático para uma molécula (como o do dióxido de cloro na imagem acima, ClO₂) o efeito das diferentes eletronegatividades é observado para os átomos de cloro e oxigênio.

A cor vermelha indica as regiões ricas em elétrons da molécula, δ-, e a cor azul indica 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-.

Também pode ser visualizado da seguinte forma: dentro de uma molécula, o trânsito de elétrons é mais provável de ocorrer nas proximidades dos átomos mais eletronegativos. É por esta razão que para ClO₂ os átomos de oxigênio (as esferas vermelhas) são circundados por uma nuvem vermelha, enquanto o átomo de cloro (a esfera verde) uma nuvem azulada.

A definição de eletronegatividade depende da abordagem que se dá ao fenômeno, existem várias escalas que a consideram sob 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 quantificável, nem possui valores absolutos. Por quê? Porque a tendência de um átomo de atrair a densidade de elétrons em sua direção não é a mesma em todos os compostos. Em outras palavras: a eletronegatividade varia dependendo da molécula.

Sim para a molécula de ClO₂ Se o átomo de Cl fosse trocado pelo átomo de N, a tendência de O de atrair elétrons também mudaria; pode aumentar (tornar a nuvem mais vermelha) ou diminuir (perder a cor). A diferença estaria na nova ligação N-O formada, para assim ter a molécula O-N-O (dióxido de nitrogênio, NO₂).

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

Escala de Pauling

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

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

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

Quanto maior essa diferença, maior será a energia da ligação A-B e, conseqüentemente, maior será o caráter iônico dessa ligação.

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

Escala Mulliken

Enquanto a escala de Pauling tem a ver com a energia associada às ligações, a escala de Robert Mulliken está mais relacionada a duas outras propriedades periódicas: energia de ionização (EI) e 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 "arrancar" um elétron externo dele, e AE quão estável é o ânion formado na fase gasosa. Se ambas as propriedades têm magnitudes elevadas, 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 de eletronegatividade semelhantes para os elementos e estão aproximadamente relacionadas à seguinte reconversão:

Χ_P = 1.35(Χ_M)^1/2 – 1.37

Ambos X_M como X_P são valores adimensionais; isto é, eles carecem de unidades.

Escala de A.L. Allred e E. Rochow

Existem outras escalas de eletronegatividade, como as escalas de 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 da tela.

Como a eletronegatividade varia na tabela periódica?

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

Na imagem acima você pode ver o que acabou de ser dito. Na tabela periódica, as eletronegatividades de Pauling são expressas em função das cores das células. Como o flúor é o mais eletronegativo, ele tem uma cor roxa mais proeminente, enquanto que o menos eletronegativo (ou eletropositivo) tem cores mais escuras.

Da mesma forma, pode-se observar que as cabeças dos grupos (H, Be, B, C, etc.) possuem as cores mais claras, e que à medida que um desce pelo grupo, os demais elementos escurecem. Do que se trata? A resposta novamente está 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 como resultado do efeito de blindagem.

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

Isso tem como consequência que, no momento da ligação de um átomo a outro, os elétrons “fluirão” em direção ao átomo de maior Zef. Além disso, isso dá um caráter iônico à ligação se houver uma tendência acentuada dos elétrons irem em direção a um átomo. Quando este não é o caso, então falamos 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?

Para que serve a eletronegatividade? Em princípio, para determinar se um composto binário é covalente ou iônico. Quando a diferença de eletronegatividade é muito alta (a uma taxa de 1,7 unidades ou mais), o composto é considerado iônico. Também é útil para discernir em uma estrutura quais regiões são provavelmente mais ricas em elétrons.

A partir daqui, pode-se prever qual mecanismo ou reação o composto pode sofrer. Em regiões pobres em elétrons, δ +, espécies com carga negativa podem atuar de uma certa 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 átomos de cloro, oxigênio, sódio e flúor? Depois do flúor, quem é o mais eletronegativo? Pela tabela periódica, observa-se que o sódio possui uma cor púrpura escura, enquanto as cores do 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).

Ou (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 uma diferença é observada entre as negatividades do oxigênio e do cloro.

De acordo com a escala de Mulliken, o cloro é mais eletronegativo do que o oxigênio, ao contrário das escalas de Pauling e Allred-Rochow. A diferença de 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 F em uma molécula, isso significa que a ligação terá um alto caráter iônico.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição, páginas 30 e 44). Mc Graw Hill.
Jim Clark. (2000). Eletro-negatividade. Retirado de: chemguide.co.uk
Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (11 de dezembro de 2017). Definição e exemplos de eletronegatividade. Retirado de: Thoughtco.com
Mark E. Tuckerman. (5 de novembro de 2011). Escala de eletronegatividade. Retirado de: nyu.edu
Wikipedia. (2018). Eletro-negatividade. Retirado de: es.wikipedia.org