Elettronegatività: scala di Pauling e polarità dei legami

L’elettronegatività è la tendenza di un atomo ad attrarre verso di sé gli elettroni di un legame. È forse il singolo concetto più utile per prevedere come si comportano i legami chimici: dalla differenza di elettronegatività tra due atomi si capisce se il legame sarà ionico, covalente polare o covalente puro, e quindi se una molecola sarà polare, solubile in acqua, reattiva in un certo modo. È un ponte diretto tra la struttura atomica e la chimica pratica.

Vediamo come si definisce l’elettronegatività, che cos’è la scala di Pauling, come varia nella tavola periodica e come la differenza di elettronegatività determina la polarità dei legami.

Che cos’è l’elettronegatività

A differenza dell’energia di ionizzazione, che riguarda l’atomo isolato, l’elettronegatività descrive l’atomo quando è legato: misura quanto, in un legame, quell’atomo «tira» gli elettroni condivisi dalla sua parte. Un atomo molto elettronegativo accentra su di sé la densità elettronica del legame; uno poco elettronegativo la lascia all’altro. Non è una grandezza misurabile direttamente come un’energia, ma una proprietà derivata, utilissima proprio perché sintetizza in un solo numero il comportamento di legame di un elemento.

La scala di Pauling

La scala più usata è quella proposta da Linus Pauling, costruita a partire dalle energie di legame. È una scala relativa e adimensionale, che assegna i valori più alti agli elementi che attraggono di più gli elettroni:

scala di Pauling: F = 4,0 (massimo)  ·  Cs ≈ 0,7 (minimo)

Il fluoro è l’elemento più elettronegativo, con valore 4,0; seguono ossigeno, azoto e cloro. All’altro estremo stanno i metalli alcalini, con valori intorno a 0,7–1. La maggior parte degli elementi si colloca tra questi due estremi, e proprio i confronti tra valori — non i valori assoluti — sono ciò che conta per prevedere il tipo di legame.

Andamento periodico

L’elettronegatività segue lo stesso andamento dell’energia di ionizzazione, per le stesse ragioni. Lungo un periodo, da sinistra a destra, aumenta: il raggio cala e la carica nucleare efficace cresce, quindi l’atomo attrae più fortemente gli elettroni di legame. Lungo un gruppo, dall’alto in basso, diminuisce: gli elettroni di valenza sono più lontani e schermati, e l’attrazione sugli elettroni di legame si indebolisce. Il risultato è lo stesso schema già noto: i valori più alti in alto a destra (escludendo i gas nobili, che in genere non formano legami), i più bassi in basso a sinistra.

Differenza di elettronegatività e tipo di legame

L’uso più pratico dell’elettronegatività è prevedere il carattere di un legame a partire dalla differenza (Δχ) tra i due atomi coinvolti:

Δχ grande → legame ionico  ·  Δχ piccolo → covalente polare  ·  Δχ ≈ 0 → covalente puro

Se la differenza è grande, un atomo strappa di fatto l’elettrone all’altro: il legame è ionico, come nel cloruro di sodio. Se la differenza è moderata, gli elettroni sono condivisi ma in modo diseguale, spostati verso l’atomo più elettronegativo: il legame è covalente polare, come nell’acqua, dove l’ossigeno tira gli elettroni e crea cariche parziali. Se la differenza è nulla o quasi, gli elettroni sono condivisi equamente: il legame è covalente puro, come nella molecola di idrogeno o di azoto. I valori-soglia sono indicativi, non rigidi, ma il principio è robusto e applicabile a qualsiasi coppia di atomi.

Dalla polarità del legame alle proprietà della molecola

La polarità dei singoli legami, combinata con la geometria della molecola, determina se l’intera molecola è polare o apolare — e questo ha conseguenze enormi. Le molecole polari si sciolgono bene in acqua (anch’essa polare), hanno punti di ebollizione più alti a causa delle interazioni dipolo-dipolo, partecipano a legami a idrogeno. Le molecole apolari si sciolgono nei solventi apolari e hanno interazioni più deboli. Così, partendo da un semplice confronto di elettronegatività, si arriva a prevedere solubilità, volatilità e reattività: l’elettronegatività è davvero il filo che lega la struttura atomica alle proprietà concrete delle sostanze, quelle che contano quando si maneggia un prodotto reale.

Differenza di elettronegatività e legame

La tabella collega la differenza di elettronegatività tra due atomi al tipo di legame che ne risulta, con un esempio per ciascun caso:

I confini tra le categorie sono graduali, non netti: il legame chimico reale è un continuo che va dal covalente puro allo ionico, e l’elettronegatività è lo strumento che permette di collocare ogni legame lungo questa scala con un semplice confronto numerico.

Domande frequenti

Che cos’è l’elettronegatività?

È la tendenza di un atomo, quando è impegnato in un legame, ad attrarre verso di sé gli elettroni condivisi. A differenza dell’energia di ionizzazione, che riguarda l’atomo isolato, l’elettronegatività descrive il comportamento dell’atomo legato. Non si misura direttamente: si ricava da scale relative, la più nota delle quali è quella di Pauling.

Che cos’è la scala di Pauling?

È la scala di elettronegatività più usata, costruita da Linus Pauling a partire dalle energie di legame. È relativa e adimensionale: assegna al fluoro il valore massimo (4,0) e valori intorno a 0,7 ai metalli alcalini. Ciò che conta non sono i valori assoluti, ma le differenze tra due atomi, che permettono di prevedere il tipo di legame.

Come varia l’elettronegatività nella tavola periodica?

Cresce lungo un periodo, da sinistra a destra, perché il raggio diminuisce e la carica nucleare efficace aumenta; diminuisce lungo un gruppo, dall’alto in basso, perché gli elettroni di valenza sono più lontani e schermati. Segue quindi lo stesso andamento dell’energia di ionizzazione, con il fluoro come massimo in alto a destra.

Come si capisce se un legame è ionico o covalente?

Si guarda la differenza di elettronegatività tra i due atomi. Se è grande, il legame è ionico (un atomo strappa l’elettrone all’altro, come in NaCl); se è moderata, è covalente polare (elettroni condivisi ma spostati, come nell’acqua); se è nulla o minima, è covalente puro (condivisione equa, come in H₂ o N₂). I confini sono graduali.

Che cosa c’entra l’elettronegatività con la polarità delle molecole?

La differenza di elettronegatività rende polari i singoli legami; la polarità complessiva della molecola dipende poi anche dalla sua geometria. Una molecola polare si scioglie bene in acqua, ha punti di ebollizione più alti e può formare legami a idrogeno. Così da un semplice confronto di elettronegatività si arriva a prevedere solubilità, volatilità e reattività di una sostanza.