Chimica inorganica
Elementi, composti e chimica di coordinazione: le basi di reattivita’ e pericolosita’.
In sintesi
- L’affinita elettronica e un’energia misurabile, riferita all’atomo isolato in fase gassosa che acquista un elettrone; l’elettronegativita e un indice relativo e adimensionale…
- Pauling osservo che un legame tra atomi diversi e quasi sempre piu forte della media dei legami tra atomi uguali.
- Perche sono a un solo elettrone di distanza dalla configurazione stabile del gas nobile.
- A prevedere il tipo e la polarita di un legame.
Se l’energia di ionizzazione misura quanto un atomo trattiene i suoi elettroni, l’affinita elettronica e l’elettronegativita misurano quanto ne attrae di nuovi o quanto se ne appropria in un legame. Sono concetti vicini ma distinti, spesso confusi, e tenerli separati e essenziale per prevedere la polarita di un legame e la reattivita di un elemento.
Vediamo che cosa sono l’affinita elettronica e l’elettronegativita, come si costruisce la scala di Pauling, quali andamenti seguono e perche non vanno confuse.
L’affinita elettronica
L’affinita elettronica e l’energia in gioco quando un atomo gassoso neutro acquista un elettrone formando un anione. Per molti elementi questo processo libera energia (e quindi favorevole), tanto piu quanto piu l’atomo e vicino a una configurazione stabile: gli alogeni, a un elettrone dal guscio chiuso, hanno affinita elettroniche molto elevate. Per altri elementi, invece, aggiungere un elettrone richiede energia, perche andrebbe a finire in un orbitale gia stabile o a creare repulsione.
X(g) + e− → X−(g) ΔE = −EA
L’andamento non e regolare come quello dell’energia di ionizzazione, perche risente molto degli appaiamenti elettronici e della stabilita dei sottolivelli. In generale l’affinita elettronica cresce verso destra e verso l’alto, con il massimo pratico negli alogeni, ma con numerose eccezioni dovute alla struttura fine.
L’elettronegativita
L’elettronegativita e la tendenza di un atomo, gia inserito in un legame, ad attrarre verso di se la coppia di elettroni condivisa. Non e una proprieta dell’atomo isolato come l’affinita elettronica, ma un indice relativo del comportamento nel legame. La scala piu usata fu costruita da Pauling a partire da una constatazione: un legame tra atomi diversi e in genere piu forte di quanto ci si aspetterebbe dalla media dei legami tra atomi uguali.
Come Pauling costrui la scala
L’idea di Pauling fu di legare l’elettronegativita all’energia di legame. Se gli elettroni fossero condivisi equamente, l’energia del legame A-B dovrebbe essere circa la media tra quella dei legami A-A e B-B. In realta il legame A-B e quasi sempre piu forte, e l’eccesso di energia misura il carattere ionico parziale dovuto alla diversa attrazione dei due atomi. Da questo eccesso Pauling ricavo le differenze di elettronegativita tra gli elementi.
DAB > ½(DAA + DBB) → eccesso = carattere ionico → Δχ
Sulla scala risultante il fluoro, l’elemento piu elettronegativo, vale 4,0; l’idrogeno circa 2,2; il cloro 3,2. La differenza di elettronegativita tra due atomi prevede la polarita del loro legame: in H-F (4,0 contro 2,2) gli elettroni risiedono nettamente piu vicino al fluoro, mentre in H-Cl (3,2 contro 2,2) la condivisione e piu equa. Esistono anche altre scale, come quella di Allred-Rochow, costruita sull’interazione elettrostatica tra carica nucleare efficace e raggio di valenza, che mette in luce il legame diretto tra elettronegativita e struttura atomica.
Affinita ed elettronegativita non sono la stessa cosa
E un errore frequente confonderle. L’affinita elettronica e un’energia misurabile per l’atomo isolato in fase gassosa; l’elettronegativita e un indice relativo, adimensionale, riferito all’atomo nel legame. Hanno andamenti simili sulla tavola, ma significati diversi.
| Proprieta | Riguarda | Natura | Massimo |
|---|---|---|---|
| Affinita elettronica | atomo isolato (gas) | energia misurabile | alogeni (es. Cl) |
| Elettronegativita | atomo nel legame | indice relativo | fluoro (4,0) |
| Energia di ionizzazione | atomo isolato (gas) | energia misurabile | gas nobili |
Conseguenze sul tipo di legame
La differenza di elettronegativita e il criterio pratico per classificare un legame. Differenza nulla o piccola: legame covalente (apolare o poco polare). Differenza intermedia: legame covalente polare, con parziale carattere ionico. Differenza grande: legame ionico. Non esistono confini netti, ma un continuo che va dal covalente puro all’ionico, e l’elettronegativita e lo strumento per collocarvi ogni legame. L’approfondimento sui tipi di legame e nel cluster dedicato al legame chimico.
Perche conta nella pratica
Affinita elettronica ed elettronegativita sono strumenti quotidiani per prevedere il comportamento chimico: spiegano perche un alogeno e un buon ossidante, perche un legame e polare e quindi dove avverra un attacco, quanto e ionico un composto e quindi quali proprieta fisiche aspettarsi. La differenza di elettronegativita guida la previsione di polarita, solubilita e reattivita, mentre l’affinita elettronica entra nei cicli energetici dei composti ionici. Tenere distinti i due concetti evita errori di interpretazione molto comuni.
Domande frequenti
Che differenza c’e tra affinita elettronica ed elettronegativita?
L’affinita elettronica e un’energia misurabile, riferita all’atomo isolato in fase gassosa che acquista un elettrone; l’elettronegativita e un indice relativo e adimensionale che descrive l’atomo gia inserito in un legame e la sua tendenza ad attrarre gli elettroni condivisi. Hanno andamenti simili sulla tavola periodica, ma significati e usi diversi.
Come fu costruita la scala di Pauling?
Pauling osservo che un legame tra atomi diversi e quasi sempre piu forte della media dei legami tra atomi uguali. Questo eccesso di energia riflette il carattere ionico parziale dovuto alla diversa attrazione dei due atomi. Dall’eccesso di energia di legame Pauling ricavo le differenze di elettronegativita, fissando una scala in cui il fluoro vale 4,0.
Perche gli alogeni hanno affinita elettronica elevata?
Perche sono a un solo elettrone di distanza dalla configurazione stabile del gas nobile. Acquistare quell’elettrone li porta a un guscio completamente riempito, processo molto favorevole che libera molta energia. Per questo gli alogeni sono ottimi ossidanti e formano facilmente anioni, mentre i metalli alcalini, all’opposto, cedono facilmente l’unico elettrone esterno.
A cosa serve la differenza di elettronegativita?
A prevedere il tipo e la polarita di un legame. Differenza piccola indica legame covalente apolare; differenza intermedia legame covalente polare con parziale carattere ionico; differenza grande legame ionico. Non ci sono confini netti, ma un continuo. Conoscere questa differenza orienta la previsione di polarita, solubilita, sito di reattivita e proprieta fisiche dei composti.
Esiste una sola scala di elettronegativita?
No. Quella di Pauling, basata sulle energie di legame, e la piu diffusa, ma esistono altre scale come quella di Allred-Rochow, costruita sull’interazione elettrostatica tra carica nucleare efficace e raggio degli elettroni di valenza. Le diverse scale danno valori leggermente diversi ma andamenti coerenti, e mostrano da angolazioni diverse il legame tra elettronegativita e struttura atomica.
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Avvertenza. Questo articolo ha finalità informative e divulgative e riflette la normativa vigente alla data di pubblicazione; le scadenze indicate possono essere modificate da provvedimenti successivi. Non sostituisce la verifica tecnica del singolo prodotto e del caso specifico. A cura della Redazione di ChimicaConforme.