Explicación del concepto de electronegatividad

Contenido

• Estructura del átomo
• Conceptos básicos de enlace químico
• Bonos Químicos y Electronegatividad
• Valores de electronegatividad y la tabla periódica
• Trabajo adicional: átomos de superficie

La electronegatividad es un concepto en química molecular que describe la capacidad de los átomos para atraer electrones hacia sí mismo. Cuanto mayor es el valor numérico de una electronegatividad de átomos dada, más poderosamente atrae electrones cargados negativamente hacia su núcleo de protones cargados positivamente y (a excepción del hidrógeno) neutrones.

Debido a que los átomos no existen de forma aislada y en su lugar forman compuestos moleculares al combinarse con otros átomos, el concepto de electronegatividad es importante porque determina la naturaleza de los enlaces entre los átomos. Los átomos se unen a otros átomos a través de un proceso de compartir electrones, pero esto realmente se puede ver más como un juego de tira y afloja no resuelto: los átomos permanecen unidos porque, mientras ninguno de los átomos "gana", su atracción mutua esencial mantiene sus electrones compartidos haciendo zoom alrededor de un punto bastante bien definido entre ellos.

Estructura del átomo

Los átomos consisten en protones y neutrones, que constituyen el centro o núcleo de los átomos, y electrones, que "orbitan" el núcleo en lugar de planetas o cometas muy pequeños que giran a velocidades vertiginosas alrededor de un sol minúsculo. Un protón lleva una carga positiva de 1.6 x 10^-19 coulombs, o C, mientras que un electrón lleva una carga negativa de la misma magnitud. Los átomos generalmente tienen la misma cantidad de protones y electrones, lo que los hace eléctricamente neutros. Los átomos normalmente tienen aproximadamente el mismo número de protones y neutrones.

Un tipo particular o variedad de átomo, llamado elemento, se define por el número de protones que tiene, llamado número atómico de ese elemento.El hidrógeno, con un número atómico de 1, tiene un protón; El uranio, que tiene 92 protones, es correspondientemente el número 92 en la tabla periódica de los elementos (vea los Recursos para ver un ejemplo de una tabla periódica interactiva).

Cuando un átomo sufre un cambio en su número de protones, ya no es el mismo elemento. Cuando un átomo gana o pierde neutrones, por otro lado, sigue siendo el mismo elemento pero es un isótopo de la forma original, más estable químicamente. Cuando un átomo gana o pierde electrones pero por lo demás permanece igual, se llama ion.

Los electrones, que se encuentran en los bordes físicos de estas disposiciones microscópicas, son los componentes de los átomos que participan en la unión con otros átomos.

Conceptos básicos de enlace químico

El hecho de que los núcleos de los átomos estén cargados positivamente mientras que los electrones que se mueven alrededor de las franjas físicas de los átomos están cargados negativamente determina la forma en que los átomos individuales interactúan entre sí. Cuando dos átomos están muy juntos, se repelen entre sí sin importar los elementos que representan, porque sus respectivos electrones se "encuentran" primero, y las cargas negativas empujan contra otras cargas negativas. Sus respectivos núcleos, aunque no están tan juntos como sus electrones, también se repelen entre sí. Sin embargo, cuando los átomos están a una distancia suficiente, tienden a atraerse entre sí. (Los iones, como pronto verá, son una excepción; dos iones con carga positiva siempre se repelerán entre sí, y lo mismo ocurre con los pares de iones con carga negativa). Esto implica que a cierta distancia de equilibrio, las fuerzas atractivas y repelentes se equilibran, y los átomos permanecerá a esta distancia aparte a menos que sea perturbado por otras fuerzas.

La energía potencial en un par átomo-átomo se define como negativa si los átomos se atraen entre sí y positiva si los átomos son libres de alejarse unos de otros. A la distancia de equilibrio, la energía potencial entre el átomo está en su valor más bajo (es decir, el más negativo). Esto se llama la energía de enlace del átomo en cuestión.

Bonos Químicos y Electronegatividad

Una variedad de tipos de enlaces atómicos salpican el paisaje de la química molecular. Los más importantes para los propósitos actuales son los enlaces iónicos y los enlaces covalentes.

Consulte la discusión previa sobre los átomos que tienden a repelerse entre sí principalmente debido a la interacción entre sus electrones. También se observó que los iones con carga similar se repelen entre sí sin importar qué. Sin embargo, si un par de iones tiene cargas opuestas, es decir, si un átomo ha perdido un electrón para asumir una carga de +1 mientras otro ha ganado un electrón para asumir una carga de -1, entonces los dos átomos se sienten muy atraídos por cada uno. otro. La carga neta en cada átomo destruye cualquier efecto repelente que puedan tener sus electrones, y los átomos tienden a unirse. Debido a que estos enlaces están entre iones, se llaman enlaces iónicos. La sal de mesa, que consiste en cloruro de sodio (NaCl) y que resulta de un enlace de átomo de sodio cargado positivamente a un átomo de cloro cargado negativamente para crear una molécula eléctricamente neutra, ejemplifica este tipo de enlace.

Los enlaces covalentes resultan de los mismos principios, pero estos enlaces no son tan fuertes debido a la presencia de fuerzas competitivas algo más equilibradas. Por ejemplo, agua (H₂O) tiene dos enlaces covalentes de hidrógeno-oxígeno. La razón por la que se forman estos enlaces se debe principalmente a que las órbitas electrónicas externas de los átomos "quieren" llenarse con cierto número de electrones. Ese número varía entre los elementos, y compartir electrones con otros átomos es una forma de lograr esto, incluso cuando significa superar los efectos repelentes modestos. Las moléculas que incluyen enlaces covalentes pueden ser polares, lo que significa que a pesar de que su carga neta es cero, partes de la molécula llevan una carga positiva que está equilibrada por cargas negativas en otros lugares.

Valores de electronegatividad y la tabla periódica

La escala de Pauling se usa para determinar qué tan electronegativo es un elemento dado. (Esta escala toma su nombre del fallecido científico ganador del Premio Nobel Linus Pauling). Cuanto más alto es el valor, más ansioso es un átomo para atraer electrones hacia sí mismo en escenarios que se prestan a la posibilidad de enlaces covalentes.

El elemento de mayor rango en esta escala es el flúor, al que se le asigna un valor de 4.0. La clasificación más baja son los elementos relativamente oscuros cesio y francio, que se registran en 0.7. Los enlaces covalentes "desiguales" o polares ocurren entre elementos con grandes diferencias; En estos casos, los electrones compartidos se encuentran más cerca de un átomo que del otro. Si dos átomos de un elemento se unen entre sí, como con una O₂ molécula, los átomos son obviamente iguales en electronegatividad, y los electrones se encuentran igualmente lejos de cada núcleo. Este es un enlace no polar.

La posición de un elemento en la tabla periódica ofrece información general sobre su electronegatividad. El valor de la electronegatividad de los elementos aumenta de izquierda a derecha, así como de abajo hacia arriba. La posición de flúor cerca de la esquina superior derecha garantiza su alto valor.

Trabajo adicional: átomos de superficie

Al igual que con la física atómica en general, gran parte de lo que se sabe sobre el comportamiento de los electrones y los enlaces es, aunque establecido experimentalmente, en gran medida teórico a nivel de partículas subatómicas individuales. Los experimentos para verificar exactamente qué están haciendo los electrones individuales es un problema técnico, como lo es aislar los átomos individuales que contienen esos electrones. En los experimentos para probar la electronegatividad, los valores se han derivado tradicionalmente del promedio de los valores de una gran cantidad de átomos individuales.

En 2017, los investigadores pudieron usar una técnica llamada microscopía electrónica de fuerza para examinar átomos individuales en la superficie del silicio y medir sus valores de electronegatividad. Lo hicieron evaluando el comportamiento de enlace del silicio con oxígeno cuando los dos elementos se colocaron a diferentes distancias. A medida que la tecnología continúa mejorando en física, el conocimiento humano sobre la electronegatividad florecerá aún más.