La electronegatividad de los elementos químicos ahora se puede considerar de una nueva manera


Si no es químico, ni biólogo, y su profesión no está relacionada con la química de ninguna otra manera, lo más probable es que la primera y la última vez que se reunió con la ciencia química fue en algún momento de sus años escolares. No, por supuesto, la mayoría de nosotros, de una forma u otra, nos encontramos en la vida cotidiana con la fórmula de alguna medicina o química “terrible” de la composición de productos, pero es poco probable que apliques el conocimiento escolar de la valencia de diferentes átomos en la práctica , use la tabla de solubilidad de sales, o obtenga valiosas consecuencias de una serie de elementos de electronegatividad.

Hay otro problema con la química. El tema de su estudio, los átomos y las moléculas, son objetos del mundo cuántico, en el que todo sucede de una manera completamente diferente al mundo habitual (recuerda el gato de Schrödinger, que, como sabes, no está ni vivo ni muerto). Los objetos cuánticos obedecen las leyes de la mecánica cuántica. Al parecer, tome las fórmulas de la mecánica cuántica y calcule lo que quiera. Sin embargo, en la práctica, tales cálculos se basan no solo en la monstruosa complejidad computacional, sino también en la naturaleza aproximada de estos cálculos. Por lo tanto, la teoría y la práctica en la química moderna van de la mano: los cálculos ayudan a reducir el campo de investigación y la experimentación determina los límites de aplicabilidad de una teoría en particular.

Pero los químicos durante siglos vivieron bien y sin teorías complejas, utilizando las reglas obtenidas de experimentos y observaciones experimentales. Incluso en el siglo XX, cuando se conoció la estructura del átomo y la naturaleza de los enlaces químicos en las moléculas era más o menos clara, las fórmulas simples y las reglas aproximadas no desaparecieron; todavía ayudan a comprender y sentir la química, como dicen, en los dedos. Y uno de esos conceptos es la electronegatividad.

Esta palabra larga denota la capacidad de un átomo de un elemento químico para atraer electrones de otros átomos con los que forma enlaces químicos. Tomemos, por ejemplo, dos moléculas: hidrógeno H₂ y flúor F₂. Cuando un átomo se encuentra con otro átomo del mismo tipo, es lógico que ninguno de ellos pueda tirar del electrón de otro; la “fuerza de atracción electrónica” de cada uno de ellos es la misma. Pero, ¿y si un átomo de hidrógeno se encuentra con un átomo de flúor? Uno de ellos atraerá electrones con más fuerza y ​​habrá más “manta electrónica” sobre él. Cuál de ellos tendrá más éxito en este tirón de electrones (y este será el flúor), que tiene más electronegatividad. Esto no significa que el átomo de flúor quitará su único electrón del hidrógeno; es solo que el electrón de hidrógeno pasará más tiempo más cerca del flúor que cerca de su “propietario”, lo que, sin embargo, fortalecerá el vínculo entre el hidrógeno y el hidrógeno. flúor. Pero para no ahogarnos en un pantano químico-cuántico, no profundizaremos en las características de la distribución de la densidad de electrones en las moléculas.

La electronegatividad se puede expresar como un número y ha demostrado ser muy útil para los químicos. Muchas características de los elementos y sus compuestos de una manera bastante definida dependen de este número, lo cual es muy conveniente en la práctica, por ejemplo, cuando es necesario predecir cómo cambiará la propiedad de una sustancia si se reemplaza un átomo en ella con uno ligeramente diferente. El único problema es que puede calcular la electronegatividad de diferentes formas, y todas ellas darán resultados ligeramente diferentes y no siempre lógicos. La escala más famosa de electronegatividad de elementos fue propuesta por el premio Nobel Linus Pauling. Además, Robert Mulliken, Albert Allred y Eugene Rohov, Robert Sanderson y Leland Allen propusieron sus propias electronegatividades.

Recientemente, el profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo Artyom Oganov y el empleado de Skoltech Christian Tantardini lograron de manera inesperada revisar la fórmula clásica para calcular la electronegatividad según Polling. Buscar el plan de estudios de química de la escuela no estaba en sus planes en absoluto: los intereses científicos de los investigadores se encuentran más en el campo de los cálculos informáticos de estructuras cristalinas y la química de alta presión. En uno de sus estudios, necesitaban calcular las electronegatividades de elementos químicos a alta presión, que existe, por ejemplo, en los núcleos de los planetas. Tomando la definición de Pauling como base (para el cálculo usó las energías de los enlaces químicos), los científicos calcularon primero las electronegatividades de los elementos para condiciones normales, pero aquí se llevaron una sorpresa.

“Para nuestra gran sorpresa, vimos que esta escala no concuerda con las energías de enlace teóricas o experimentales. Además, esto se conocía en la bibliografía química, pero no se ha propuesto una solución satisfactoria. Además, si intentas extraer electronegatividades de las energías de los enlaces iónicos, obtienes electronegatividades que violan las tendencias esperadas. Entendí cuál era la raíz del problema: Pauling presentó la estabilización iónica de la molécula como un aditivo aditivo, – dice el profesor Artyom Oganov. – Cambié la fórmula, reemplazando este aditivo por uno multiplicativo. Pauling agregó, y nos multiplicamos. Con la ayuda de una nueva fórmula y energías experimentales de enlaces químicos, determinamos las electronegatividades de todos los elementos. Hemos obtenido una escala muy hermosa que funciona tanto para pequeñas diferencias en la distorsión eléctrica como para grandes. “.

La electronegatividad, la capacidad de los átomos para atraer electrones, también determina si se puede formar un enlace metálico. Los elementos con alta electronegatividad no pueden ser metales. La nueva escala de electronegatividad es mejor para separar elementos en metales y no metales que la escala de Pauling. Por ejemplo, en la escala de Pauling, varios metales (tungsteno, molibdeno, platinoides, oro, plomo) tienen electronegatividades más altas que los no metales como el boro y el hidrógeno, lo cual es contrario a la intuición química. Este problema se ha corregido en la nueva escala.

Los resultados del cálculo y la nueva fórmula se publican en Comunicaciones de la naturaleza (el artículo está disponible gratuitamente).


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