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Accueil sur l'électronégativité
L'électricité est tellement présente dans notre vie quotidienne que nous avons souvent tendance à la considérer comme une nécessité d'ordre naturel, au meme titre que l'eau courante. Que les sources de sa production menacent de se tarir et c'est toute la société moderne qui vacille. Pourtant, au regard de l'Histoire,l'utilisation des phénomènes électriques est relativement récente. étudiée dès la fin du XVIe siècle, l'électricité ( au sens de l'ensemble des phénomènes électriques observables ) est longtemps restée, pour le grand public,un objet de curiosité et d'amusement, avant que les progrès accomplis au cours du siècle dernier ne démontrent son utilité pratique. La prodigieuse pénétration qu'elle a opérée depuis dans toutes les branches de l'activité humaine, notamment par le biais de l'électronique, n'est pas étrangère à l'efficience que nos contemporains attribuent à la science.
Electronégativité
En chimie, l'électronégativité d'un élément est une grandeur qui caractérise sa capacité à attirer les électrons lors de la formation d'une liaison chimique avec un autre élément. La différence d'électronégativité entre ces deux éléments détermine la nature de la liaison covalente : Liaison non-polaire lorsque la différence est faible, liaison polaire quand la différence est forte, et ionique quand la différence est tellement forte qu'un des éléments a attiré complètement les électrons : les atomes sont devenus des ions et portent des charges électriques entières. La notion d'électronégativité, qui décrit le comportement des électrons dans une liaison chimique, ne doit pas être confondue avec celle d'affinité électronique.
Le concept d'électronégativité a été introduit pour la première fois par Berzelius en 1835. Par la suite, Pauling a amélioré ce concept et a déduit que l'électronégativité repose plutôt sur l'existence des liaisons ioniques et covalentes, contrairement à ce que Berzelius avait trouvé auparavant.
L'électronégativité est notée Χχ où Χ est le symbole de l'élément considéré. Plus Χχ est grand et plus l'élément est susceptible d'attirer des électrons à lui dans une liaison chimique.
Electronégativité et types de liaisons chimiques
Pour calculer les écarts d'électronégativité des éléments, l'échelle de Pauling est généralement la plus utilisée. Dans le tableau périodique, l'électronégativité augmente de gauche à droite le long d'une période et de bas en haut le long d'une famille. Ainsi le fluor, en haut à droite du tableau périodique, est l'élément le plus électronégatif avec une valeur de 4,0 tandis que le francium, en bas à gauche, est le moins électronégatif avec une valeur de 0,7. Les différences d'électronégativité permettent d'identifier les liaisons covalentes non polaire, les liaisons covalentes polaires et les liaisons de coordinence. L'électronégativité permet d'identifier les charges partielles des atomes d'une molécule donnée. Les symboles δ+ et δ- représentent respectivement les charges partielles positives et négatives d'une liaison dont l'atome le plus électronégatif porte la charge partielle négative.
- Détail
- Il y a trois types de liaisons covalentes :
- Le premier type est la liaison covalente non polaire qui possède un nuage électronique relativement symétrique. Dans ce cas, l'attraction des électrons vers les noyaux des deux atomes en question est approximativement égale.
- Le deuxième type est la liaison covalente polaire. Une molécule est polaire si elle possède un moment dipolaire. Un moment dipolaire est une représentation vectorielle de la répartition des charges partielles sur une distance donnée. Cette liaison possède une distribution de charges inégales entre les deux atomes qui la forment en raison de la différence d'électronégativité de ses atomes. Le moment dipolaire est représenté par un vecteur dont la flèche part de l'atome le moins électronégatif vers l'atome le plus électronégatif. Les symboles δ+ et δ- représentent respectivement les charges partielles positives et négatives de la liaison dont l'atome le plus électronégatif porte la charge partielle négative. Il y a donc une attraction inégale des électrons vers les noyaux des deux atomes. Dans ce type de liaison, le nuage électronique n'est pas symétrique comme le premier type de liaison.
- Le troisième type de liaison covalente est celui de coordinence. Dans ce type de liaison covalente, il y a un partage d'électrons entre deux atomes, par contre le doublet d'électrons formant la liaison provient d'un seul des deux atomes. Autrement dit, les deux électrons partagés viennent du même atome.
Echelles d'électronégativité
Il existe plusieurs définitions de l'électronégativité ( Pauling, Mulliken, Parr, Allred et Rochow ) ce qui a conduit à construire plusieurs échelles.
Définition de Pauling
la différence d'électronégativité entre les éléments A et B a pour expression
\\δ\\Χ_{AB} = 0,102 * ( E_{AB} - ( E_{AA} * E_{BB} ) ^ {½} ) ^ {½}
où
E_{AB}, E_{AA} et E_{BB} sont les énergies de liaison des molécules diatomiques A-B, A-A et B-B.
la différence d'électronégativité entre les éléments A et B a pour expression
\\δ\\Χ_{AB} = 0,102 * ( E_{AB} - ( E_{AA} * E_{BB} ) ^ {½} ) ^ {½}
où
E_{AB}, E_{AA} et E_{BB} sont les énergies de liaison des molécules diatomiques A-B, A-A et B-B.
Le coefficient 0,102 provient de l'unité utilisée pour les valeurs d'énergies ( initialement en eV ) qui doivent, dans cette formule, être exprimées en kJ.mol-1. La moyenne des énergies E_{AA} et E_{B} est souvent une moyenne géométrique ( comme ici ), mais certains auteurs utilisent la moyenne arithmétique.
Cette définition ne donne que la différence entre deux électronégativités. On a donc besoin d'une origine qui a été fixée arbitrairement en donnant la valeur de 4 à l'électronégativité du fluor, élément le plus électronégatif de la classification.
Définition de Mulliken
l'électronégativité d'un élément est le produit de la moyenne de son affinité électronique Ae et de son énergie d'ionisation EI avec un coefficient alpha = 0.317eV-1
\\Χ = 0,317 * \\ frac {A_e + E_I}{2}
l'électronégativité d'un élément est le produit de la moyenne de son affinité électronique Ae et de son énergie d'ionisation EI avec un coefficient alpha = 0.317eV-1
\\Χ = 0,317 * \\ frac {A_e + E_I}{2}
L'intérêt de l'échelle de Mulliken, par rapport à celle de Pauling, est d'utiliser des grandeurs atomiques, indépendant de l'environnement chimique. Elle permet ainsi de déterminer l'électronégativité des gaz nobles, ce que Pauling n'avait pu faire.
Définition d'Allred et Rochow : l'électronégativité d'un élément a pour expression
\\Χ = \\frac\\{Z_{eff}e ^ 2}{r_{cov} ^ 2}
où
covZ est la charge effective du noyau, e la charge élémentaire et r_{cov} le rayon covalent de l'élément
\\Χ = \\frac\\{Z_{eff}e ^ 2}{r_{cov} ^ 2}
où
covZ est la charge effective du noyau, e la charge élémentaire et r_{cov} le rayon covalent de l'élément
Définition de Parr : l'électronégativité est l'opposée de la dérivée de l'énergie de l'atome par rapport au nombre d'électrons
\\Χ\\ = -\\left(\\frac{\\partial E}{\\partial n}\\right)
\\Χ\\ = -\\left(\\frac{\\partial E}{\\partial n}\\right)
Les échelles d'électronégativité les plus utilisées sont l'échelle de Mulliken, l'échelle d'Allred-Rochow et l'échelle de Pauling.
Les électronégativités des atomes impliqués dans une liaison tendent à être égales, principe d'égalisation des électronégativités de Sanderson, 1951. L'égalisation des électronégativités est réalisée par le transfert de densité électronique vers l'atome le plus électronégatif.
L'électronégativité permet d'estimer le caractère ionique d'une liaison à l'aide de la relation de Pauling
I_{AB} = 100 (1 - e ^ {-\\δ\\Χ\\} ^ 2
ou de celle de Haney et Smith
I_{AB} = 16 \\δ\\Χ\\ + 3.5 {\\δ\\Χ} ^ 2
I_{AB} = 100 (1 - e ^ {-\\δ\\Χ\\} ^ 2
ou de celle de Haney et Smith
I_{AB} = 16 \\δ\\Χ\\ + 3.5 {\\δ\\Χ} ^ 2
L'électronégativité est également la notion à l'origine de la polarité de certaines molécules. En effet, dans une molécule, lorsque les atomes de part et d'autre de la liaison covalente ont des électronégativités différentes, l'atome le plus électronégatif attire davantage les électrons. Le barycentre des charges positives n'est donc pas confondu avec le barycentre des charges négatives. La molécule reste globalement neutre mais un champ électrique apparaît au sein de celle-ci, on dit que la liaison est polarisée ou que la molécule est polaire.
Les éléments dont l'électronégativité est faible sont fréquemment dits électropositifs.
Tableau échelle de Pauling
L'électronégativité des éléments chimiques d'un même groupe du tableau périodique, c'est-à-dire d'une même colonne du tableau périodique a tendance à décroître lorsque le numéro atomique croît, car le noyau atomique tend alors à s'éloigner des électrons de valence, qui sont davantage écrantés par les électrons de coeur. En revanche, l'électronégativité des éléments d'une même période du tableau périodique a tendance à croître avec le numéro atomique, car la charge électrique du noyau atomique, nombre de protons, augmente et interagit d'avantage avec les électrons de valence. Le minimum est donc à rechercher en bas à gauche du tableau tandis que le maximum se trouve en haut à droite.
élément chimique
abréviations
n° atomique
éléctronégativité selon Pauling (1932)
actinium
ac
89
1,1
aluminium
al
13
1,61
Americium
Am
95
1,3
Antimoine
Sb
51
2,05
Argent
Ag
47
1,93
Arsenic
As
33
2,18
Astate
At
85
2,2
Azote
N
7
3,04
Baryum
Ba
56
0,89
Berkelium
Bk
97
1,3
Berryllium
Be
4
1,57
Bismuth
Bi
83
2,02
Bore
B
5
2,04
Brome
Br
35
2,96
Cadmium
Cd
48
1,69
Calcium
Ca
20
1
Californium
Cf
98
1,3
Carbone
C
6
2,55
Cerium
Ce
58
1,12
Césium
Cs
55
0,79
Chlore
Cl
17
3,16
Chrome
Cr
24
1,66
Cobalt
Co
27
1,88
Cuivre
Cu
29
1,9
Curium
Cm
96
1,3
Dysprosium
Dy
66
1,22
Einsteinium
Es
99
1,3
Erbium
Er
68
1,24
Etain
Sn
50
1,96
Fer
Fe
26
1,83
Fermium
Fm
100
1,3
Fluor
F
9
3,98
Francium
Fr
87
0,7
Gadolinium
Gd
64
1,2
Gallium
Ga
31
1,81
Germanium
Ge
32
2,01
Hafnium
Hf
72
1,3
Holmium
Ho
67
1,23
Hydrogène
H
1
2,2
Indium
In
49
1,78
Iode
I
53
2,66
Iridium
Ir
77
2,2
Lanthane
La
57
1,1
Lawrencium
Lr
103
1,3
Lithium
Li
3
0,98
Lutetium
Lu
71
1,27
Magnésium
Mg
12
1,31
Manganèse
Mn
25
1,55
Mendelevium
Md
101
1,3
Mercure
Hg
80
2
Molybdène
Mo
42
2,16
Neodym
Nd
60
1,14
Neptunium
Np
93
1,36
Nickel
Ni
28
1,91
Niobium
Nb
41
1,6
Nobelium
No
102
1,3
Or
Au
79
2,54
Osmium
Os
76
2,2
Oxygène
O
8
3,44
Palladium
Pd
46
2,2
Phosphore
P
15
2,19
Platine
Pt
78
2,28
Plomb
Pb
82
2,33
Plutonium
Pu
94
1,28
Polonium
Po
84
2
Potassium
K
19
0,82
Praséodyme
Pr
59
1,13
Protactinium
Pa
91
1,5
Radium
Ra
88
0,89
Rhenium
Re
75
1,9
Rhodium
Rh
45
2,28
Rubidium
Rb
37
0,82
Ruthenium
Ru
44
2,2
Samarium
Sm
62
1,17
Scandium
Sc
21
1,36
Sélénium
Se
34
2,55
Silicium
Si
14
1,9
Sodium
Na
11
0,93
Soufre
S
16
2,58
Strontium
Sr
38
0,95
Tantale
Ta
73
1,5
Technetium
Tc
43
1,9
Tellure
Te
52
2,1
Thallium
Tl
81
1,62
Thorium
Th
90
1,3
Thulium
Tm
69
1,25
Titane
Ti
22
1,54
Tungstène
W
74
2,36
Uranium
U
92
1,38
Vanadium
V
23
1,63
Xénon
Xe
54
2,6
Yttrium
Y
39
1,22
Zinc
Zn
30
1,65
Zirconium
Zr
40
1,33