Escala de Pauling: eletronegatividade e diferença de energia - Ciência - 2023

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o Escala de Pauling é uma escala arbitrária usada em química para expressar o eletro-negatividade dos elementos. Isso é definido como a tendência de um determinado átomo de atrair elétrons quando se combina com outro átomo.

Nesse sentido, elementos com alta eletronegatividade tendem a ganhar elétrons com facilidade. São os não-metais, enquanto por sua vez, elementos menos eletronegativos, como os metais, é mais fácil abrir mão dos elétrons.

Portanto, conhecendo a eletronegatividade de um elemento, tem-se uma ideia do tipo de ligação que ele é capaz de formar quando combinado com outro. Veremos isso com um exemplo numérico mais tarde.

Com essas informações, muitas das propriedades que um composto terá podem ser previstas, algo muito útil para a química experimental e para a ciência dos materiais, onde novos compostos são continuamente criados.

No entanto, é conveniente esclarecer que, por mais importante que seja, não existe uma forma única de determinar a eletronegatividade; A escala de Pauling é apenas uma das várias formas propostas para encontrá-la, embora seja uma das mais utilizadas.

Na verdade, a de Pauling é uma escala arbitrária em que um valor numérico é atribuído a cada elemento da tabela periódica, o que reflete sua eletronegatividade. Podemos vê-lo na figura 1, onde temos a eletronegatividade de cada elemento, conforme atribuída pelo duas vezes ganhador do Nobel Linus Pauling (1901-1994) por volta de 1939.

A eletronegatividade dos elementos

Pauling, junto com Don M. Yost, encontrou os valores de eletronegatividade empiricamente, por meio de dados experimentais obtidos pela medição das energias da ligação.

Pauling atribuiu ao elemento flúor - acima e à direita da tabela da Figura 1 - a maior eletronegatividade, com o número 4,0. Portanto, quando o flúor forma ligações, ele exibe a maior tendência de atrair elétrons de todos os elementos.

O segundo é o oxigênio com 3,5 e o terceiro é o nitrogênio com 3,0. Ambos estão localizados na parte superior e à direita da mesa.

Por outro lado, no extremo oposto, o elemento menos eletronegativo é o césio, cujo símbolo é Cs, localizado à esquerda da tabela, ao qual Pauling atribuiu o número 0,7.

Eletronegatividade na tabela periódica

Em linhas gerais e como pode ser visto na figura 1, a eletronegatividade - e a energia de ionização - aumenta da esquerda para a direita na tabela periódica. A tendência geral também indica uma diminuição ao mover para cima e para baixo.

Portanto, teremos os elementos mais eletronegativos no canto superior direito da tabela: flúor, oxigênio, cloro, nitrogênio. Os menos eletronegativos - ou os mais eletropositivos se preferir - estão à esquerda: lítio, sódio, potássio e os demais elementos do grupo 1 - a coluna da extrema esquerda, correspondendo aos metais alcalinos e alcalino-terrosos.

Em cada coluna, a eletronegatividade diminui à medida que o número atômico do elemento aumenta, exceto para os metais de transição no centro, que não seguem essa tendência.

Um ponto importante a se notar é que a eletronegatividade é relativa, não é uma propriedade invariável de cada elemento e só é medida em relação à dos outros elementos. Depende muito do estado de oxidação, portanto o mesmo elemento pode apresentar eletronegatividade diferente, dependendo do tipo de composto que forma.

Diferença de energia de ligação

Em química, uma ligação é a maneira como átomos, iguais ou diferentes, se unem para formar moléculas. Entre os átomos aparecem forças que os mantêm unidos de forma estável.

Existem vários tipos de link, mas aqui dois são considerados:

-Covalente, em que átomos de eletronegatividades semelhantes compartilham um par de elétrons.

-Iônico, frequente entre átomos com eletronegatividades diferentes em que predomina a atração eletrostática.

Suponha que dois elementos A e B possam formar moléculas um com o outro, denotados AA e BB. E que eles também são capazes de se unir para formar um composto AB, tudo por meio de algum tipo de ligação.

Graças à participação de forças intermoleculares, existe energia na ligação. Por exemplo, a energia na ligação AA é E_AA,no título BB é EBB e finalmente no composto AB é E_AB.

Se a molécula AB fosse formada por uma ligação covalente, teoricamente a energia da ligação é a média das energias E_AA e E_BB:

E_AB = ½ (E_AA + E_BB)

Pauling calculou E_AB para vários compostos, ele mediu experimentalmente e determinou a diferença entre os dois valores, que chamou de Δ:

Δ = | (E_AB) medido - (E_AB) teórico | = | (E_AB) medido - ½ (E_AA + E_BB)|

Pauling raciocinou assim: se Δ é muito próximo de 0, significa que as eletronegatividades de ambos os elementos são semelhantes e a ligação que os une é covalente. Mas se Δ não for pequeno, então a ligação entre A e B não é covalente pura.

Quanto maior o valor absoluto de Δ, maior será a diferença entre a eletronegatividade dos elementos A e B e, portanto, a ligação que os une será do tipo iônico. Posteriormente, o leitor encontrará um exemplo em que, pelo cálculo de Δ, é possível determinar o tipo de ligação de um composto.

Equações para eletronegatividade

Partindo do princípio de que a diferença de energias é o sinal que distingue a natureza da ligação, Pauling realizou diversos experimentos que o levaram a criar uma expressão empírica para as eletronegatividades relativas dos dois elementos A e B que constituem uma molécula.

Denotando essa eletronegatividade como χ (letra grega "chi"), Pauling definiu Δ da seguinte forma:

F²· Δ = [χ (A) - χ (B)]²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Observe que Δ é uma quantidade positiva. O fator f = 0,102 que aparece multiplicando a raiz quadrada de Δ é o fator de conversão entre kJ (quilojoules) e eV (elétron-volt), ambas unidades de energia.

Se, em vez disso, forem usados quilocalorias e elétron-volt, a diferença em eletronegatividades é expressa com uma fórmula semelhante, mas com f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√Δ

Pauling começou atribuindo ao hidrogênio um valor de 2,1, um valor anterior obtido pelo químico Robert Mulliken. Ele escolheu este elemento como ponto de partida porque forma ligações covalentes com muitos outros.

Usando a equação anterior, ele continuou atribuindo valores relativos ao resto dos elementos. Ele então percebeu que a eletronegatividade aumenta quando se move da esquerda para a direita e de cima para baixo na tabela periódica, conforme descrito na seção anterior.

Exemplo

Abaixo está uma lista de elementos: N, J, Y e M e suas respectivas eletronegatividades Χ de acordo com a escala de Pauling:

–N: Χ=4.0

–J: Χ=1.5

–Y: Χ=0.9

–M: Χ=1.6

Entre os seguintes compostos formados com eles:

YJ, YN, MN e JM

Indique aquele com o maior caráter iônico e aquele cuja natureza é covalente. Justifique sua resposta.

Solução

Segundo os critérios estabelecidos por Pauling, o composto com maior caráter iônico será aquele com maior diferença entre as eletronegatividades e, portanto, maior valor de Δ. Por sua vez, o composto com a menor diferença de energia é aquele com uma ligação covalente.

Em seguida, calcularemos quanto Δ vale para cada composto, da seguinte forma:

YJ composto

Δ = [χ (Y) - χ (J)]² = (0.9 – 1.5)² = 0.36

YN composto

Δ = [χ (Y) - χ (N)]² = (0.9 – 4.0)² = 9.61

Composto MN

Δ = [χ (M) - χ (N)]² = (1.6 – 4.0)² = 5.76

JM composto

Δ = [χ (J) - χ (M)]² = (1.5 – 1.6)² = 0.01

Dos resultados anteriores, pode-se deduzir que o composto iônico é YN, cujo Δ = 9,61, enquanto o composto covalente é JM, com Δ = 0,01.

Referências

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Livro IUPAC Gold. Eletro-negatividade. Recuperado de: goldbook.iupac.org.
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