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Page 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.
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'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
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)
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
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.
Tableau périodique
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
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