ELECTRONÉGATIVITÉ: ÉCHELLES, VARIATION, UTILITÉ ET EXEMPLES - CHIMIE - 2024

L' électronégativité est une propriété périodique relative concernant 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 la manière dont ils interagissent de manière intermoléculaire les uns avec les autres.

Tous les éléments n'attirent pas les électrons des atomes adjacents au même degré. Dans le cas de ceux qui abandonnent facilement la densité électronique, ils sont dits électropositifs, tandis que ceux qui se «couvrent» d'électrons sont électronégatifs. Il existe de nombreuses façons d'expliquer et d'observer cette propriété (ou concept).

Source: Wikipédia Commons.

Par exemple, dans les cartes de potentiel électrostatique pour une molécule (comme celle du dioxyde de chlore dans l'image ci-dessus, ClO ₂), l'effet de différentes électronégativités est observé 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 celles qui sont pauvres en électrons, δ +. Ainsi, après une série de calculs informatiques, ce type de carte peut être établi; beaucoup d'entre eux montrent une relation directe entre la localisation des atomes électronégatifs et δ-.

Il peut également être visualisé comme suit: au sein d'une molécule, le transit des électrons est plus susceptible de se produire au voisinage des atomes les plus électronégatifs. C'est pour cette raison que pour ClO _2, les atomes d'oxygène (les sphères rouges) sont entourés d'un nuage rouge, tandis que l'atome de chlore (la sphère verte) est un nuage bleuâtre.

La définition de l'électronégativité dépend de l'approche qui est donnée au phénomène, il existe plusieurs échelles qui le considèrent sous certains aspects. Cependant, toutes les échelles ont en commun d'être soutenues par la nature intrinsèque des atomes.

Échelles d'électronégativité

L'électronégativité n'est pas une propriété qui peut être quantifiée, ni n'a de 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.

Si, pour la molécule ClO ₂, l'atome Cl était échangé contre l'atome N, alors la tendance de O à attirer les électrons changerait également; il pourrait augmenter (rendre le nuage plus rouge) ou diminuer (perdre de la couleur). La différence résiderait dans la nouvelle liaison NO formée, ayant ainsi la molécule ONO (dioxyde d'azote, NO ₂).

Comme l'électronégativité d'un atome n'est pas la même pour tout son environnement moléculaire, il est nécessaire de le définir en termes d'autres variables. De cette manière, nous avons des valeurs qui servent de référence et qui 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, proposa en 1932 une forme quantitative (mesurable) de l'électronégative connue sous le nom d'échelle de Pauling. Dans celui-ci, l'électronégativité de deux éléments, A et B, formant des liaisons, était liée à l'énergie supplémentaire associée au caractère ionique de la liaison AB.

Comment est-ce? Les liaisons covalentes théoriquement sont les plus stables, car la distribution de leurs électrons entre deux atomes est équitable; c'est-à-dire que pour les molécules AA et BB, les deux atomes partagent la paire d'électrons de la liaison de la même manière. Cependant, si A est plus électronégatif, alors cette paire proviendra davantage de A que de B.

Dans ce cas, AB n'est plus complètement covalente, 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 l'énergie de la liaison AB est grande, et par conséquent plus le caractère ionique de cette liaison est important.

Cette échelle représente la plus largement utilisée en chimie, et les valeurs d'électronégativités sont issues de l'attribution d'une valeur de 4 à l'atome de fluor. À partir de là, ils ont pu calculer celui des autres éléments.

Échelle Mulliken

Alors que l'échelle de Pauling a à voir avec l'énergie associée aux liaisons, l'échelle de Robert Mulliken est davantage liée à deux autres propriétés périodiques: l'énergie d'ionisation (EI) et l'affinité électronique (AE).

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

Parce que? Parce que EI reflète la difficulté d'en «arracher» un électron externe et AE la stabilité de l'anion formé en phase gazeuse. Si les deux propriétés ont des magnitudes élevées, alors l'élément est "amoureux" des électrons.

Les électronégativités Mulliken sont calculées avec la formule suivante:

Χ _M = ½ (EI + AE)

Autrement dit, 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 les plus stables).

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

Χ _P = 1,35 (Χ _M) ^1/2 - 1,37

X _M et X _P sont des valeurs sans dimension; c'est-à-dire qu'ils manquent d'unités.

Échelle AL Allred et E. Rochow

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

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

Source: Bartux sur nl.wikipedia.

Quelles que soient les échelles ou les valeurs dont vous disposez, l'électronégativité augmente de droite à gauche pendant une période et de bas en haut par groupes. Ainsi, il augmente vers la diagonale supérieure droite (sans compter l'hélium) jusqu'à rencontrer le fluor.

Dans l'image ci-dessus, vous pouvez voir ce qui vient d'être dit. Dans le tableau périodique, les électronégativités de Pauling sont exprimées en fonction des couleurs des cellules. Le fluor étant le plus électronégatif, il a une couleur violette plus proéminente, tandis que les couleurs les moins électronégatives (ou électropositives) sont plus foncées.

De même, on peut observer que les têtes de groupes (H, Be, B, C, etc.) ont les couleurs les plus claires, et qu'à mesure que l'on descend dans le groupe, les autres éléments s'assombrissent. Ca parle de quoi? La réponse est à la fois dans les propriétés EI, AE, Zef (charge nucléaire effective) et dans le rayon atomique.

L'atome dans la molécule

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

En se déplaçant sur 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.

Ceci a pour conséquence qu'au moment de la liaison d'un atome avec un autre, les électrons «couleront» vers l'atome avec le Zef le plus élevé. En outre, cela donne un caractère ionique à la liaison s'il existe une tendance marquée des électrons à aller vers un atome. Quand ce n'est pas le cas, on parle alors d'une liaison majoritairement covalente.

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

Pourquoi est-ce?

À quoi sert l'électronégativité? En principe pour 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. Il est également utile pour discerner dans une structure quelles régions seront éventuellement plus riches en électrons.

À partir de là, on peut prédire quel mécanisme ou quelle réaction le composé peut subir. Dans les régions pauvres en électrons, δ +, les espèces chargées négativement peuvent agir 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 des 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 violet foncé, tandis que les couleurs de l'oxygène et du chlore sont visuellement très similaires.

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

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).

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

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

Par conséquent, là où il y a un atome F dans une molécule, cela signifie que la liaison aura un caractère ionique élevé.

Références

1. Shiver et 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 et exemples d'électronégativité. Tiré de: thinkco.com
4. Mark E. Tuckerman. (5 novembre 2011). Échelle d'électronégativité. Tiré de: nyu.edu
5. Wikipédia. (2018). Électronégativité. Tiré de: es.wikipedia.org