Afinidade Eletrônica e Eletronegatividade
Teoria
Opaa! Seja bem vindo ao Responde Aí! Bora aprender sobre Afinidade Eletrônica e Eletronegatividade?!
A nossa primeira impressão é que são dois nomes pra a mesma coisa, certo?
-E não é?
Não !
A Afinidade eletrônica é a energia liberada com o recebimento de um elétron por um átomo. Já a eletronegatividade é a medida de atração do átomo pelos elétrons e sua tendencia em ganhá-los.
Fica comigo que vamos entender um pouquinho melhor esses conceitos e suas diferenças!
Afinidade Eletrônica
Quanto maior for a energia liberada no recebimento de um elétron pelo átomo, maior será a afinidade eletrônica ou eletroafinidade.
Olha essa reação aí de um cara, no estado gasoso, reagindo com um elétron e virando um ânion (ainda no estado gasoso).
Outra forma de definir a afinidade eletrônica é como a energia envolvida na reação de 1 mol de átomos no estado gasoso com 1 mol de elétrons, formando um ânion gasoso. Ou seja, a afinidade eletrônica (AE) mede a tendência de um átomo em se tornar um ânion.
-Mas e se ele não quiser se tornar um ânion? Se ele preferir continuar neutro, ou até positivo, pode?
Opa, pode sim!
Mas nesse caso o valor da AE será negativo! Vamos entender direito como isso funciona.
Medida da Afinidade Eletrônica
-Como a gente quantifica essa afinidade eletrônica?
Ela é dada pelo oposto da entalpia de ganho de elétron
Ou seja, a gente calcula a entalpia envolvida naquela reação ali em cima
- Valores negativos indicam que o átomo “não gosta de virar um ânion”.
- Valores positivos, por outro lado, indicam que o átomo em questão tem tendência a virar um ânion.
Mas vamos lembrar sobre o significado do sinal da entalpia!
Se a entalpia da reação for negativa (reação exotérmica), é porque tem energia sendo liberada da reação. E se a reação for endotérmica
Então, como a afinidade eletrônica é o oposto da entalpia, valores positivos indicam que energia está sendo liberada (e a reação é favorecida) e valores negativos indicam que o átomo precisa absorver energia pra aceitar o elétron (e o ganho de elétron é desfavorecido).
Então temos:
Assim, a gente vai entender que, quanto maior a afinidade eletrônica, maior a tendência do átomo em ganhar elétrons.
Como identificar a afinidade eletrônica do elemento?
Bem, pra saber se um átomo gosta ou não de ganhar elétrons, a gente vai olhar pra três coisas: a carga nuclear efetiva, o raio atômico e a configuração eletrônica.
-Como cada uma dessas coisas influencia na afinidade eletrônica?
- Carga nuclear efetiva: Quando um átomo tem alta carga nuclear efetiva, é como se o núcleo dele fosse “mais potente”, tivesse maior capacidade de atrair os elétrons. Por isso, quanto maior a carga nuclear efetiva , mais fácil é a entrada de um novo elétron e maior é a afinidade eletrônica.
- Raio atômico: O raio atômico tem dois efeitos contrários ao mesmo tempo.
Quando o raio é muito grande, o elétron “adicionado” vai ficar muito longe do núcleo. Assim, raio atômico grande pode dificultar a entrada de elétrons, porque a atração elétron-núcleo depende da distância entre eles.
Por outro lado, raios grandes permitem que os elétrons fiquem longe uns dos outros. E assim, raio atômico grande pode facilitar a entrada de elétrons, porque diminui a repulsão elétron-elétron na eletrosfera.
A gente vai ter que ver caso a caso o que prevalece!
- Configuração eletrônica: Nesse caso levamos em conta a degenerescência dos orbitais, repulsão de elétrons emparelhados no mesmo orbital e coisas do gênero.
Ainda que seja considerada uma propriedade periódica, as “tendências” da afinidade eletrônica dentro da tabela são bem mais sutis do que para propriedades como o raio atômico ou a energia de ionização.
A única coisa que pode ser dita é que:
“De um modo geral e com exceção dos gases nobres, as afinidades eletrônicas são maiores à direita da tabela periódica.”
Eletronegatividade
Considere o exemplo da molécula de
Aqueles elétrons envolvidos na reação vão ser mais puxados pelo cloro da esquerda ou pelo cloro da direita?
Por nenhum dos dois! Como os dois átomos envolvidos na ligação são iguais, os elétrons da ligação são igualmente “puxados” pelo dois cloros.
Mas vamos ver uma molécula de
E agora? Quem puxa mais?
No caso aí de cima, como o cloro
Ou seja, a eletronegatividade
Cuidado para não confundir com a afinidade eletrônica: os elétrons que a gente está falando na eletronegatividade são elétrons compartilhados dentro de uma ligação!
E como a gente descobre quem é mais eletronegativo?
Eletronegatividade- Tabela Periódica
A ordem de negatividade é a seguinte:
Vale a pena decorar pelo menos o “FONCl” aí! Se não, decora pelo menos que o flúor é o elemento mais eletronegativo da tabela.
Na tabela periódica, a tendência da eletronegatividade é crescer para a direita e para cima.
De um modo geral, um elemento bastante eletronegativo tem as seguintes características:
- Não perde elétrons com facilidade (energia de ionização alta);
- Aceita elétrons com facilidade (afinidade eletrônica alta).
Por isso, Mulliken propôs calcular a eletronegatividade assim:
Uma média entre a
Mas Pauling achou que não fazia sentido falar de eletronegatividade de um átomo isolado, já que a eletronegatividade só faz sentido quando estamos falando de ligações. Ele estudou os átomos em ligações e lançou a Escala de Pauling, com os valores de eletronegatividade pra cada átomo.
Olha aí os valores de eletronegatividade calculados pelo método de Mulliken comparados aos valores encontrados por Pauling:
Polaridade das Ligações
A eletronegatividade é importante pra dizer se uma ligação é polar ou apolar.
Se a eletronegatividade dos átomos envolvidos na ligação forem iguais, os elétrons estão igualmente divididos entre os átomos, e a ligação é apolar:
Caso contrário, como por exemplo na molécula de
Como o cloro é mais eletronegativo que o hidrogênio, a nuvem eletrônica fica deslocada na direção do cloro. A ligação é polar (forma-se um polo negativo e um polo positivo) e o polo negativo fica no átomo mais eletronegativo. (onde a nuvem eletrônica estará mais concentrada).
Quando um elemento muito eletronegativo se liga com outro de eletronegatividade muito baixa, a nuvem eletrônica fica tão deslocada que a gente considera que o elétron de um foi doado, ele não está sendo compartilhado.
Nesse último exemplo, o cloro ganhou um elétron do sódio e virou um ânion enquanto o sódio virou um cátion.
Como essa ligação é estabelecida entre íons, ela é chamada de ligação iônica.
Mas calma, que essa história de ligação a gente vai ver com mais calma em outro capítulo!
Curtiu o nosso conteúdo?! Então confere esse resumo em vídeo que o Responde Aí preparou pra você:
Agora, quem sabe a gente faz uns exercícios juntos?
Eletronegatividade
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
UNESP. Lista de Exercícios de Química Geral. Questão 09.
Defina eletronegatividade e mostre qual sua tendência dentro dos grupos e períodos da tabela periódica.
Passo 1
A eletronegatividade é a tendência que um átomo apresenta em puxar para si os elétrons envolvidos em uma ligação.
Passo 2
Quanto a tendência na tabela periódica.
Lembra que os elementos mais eletronegativos eram “FONCl”
Dá pra ver que as maiores eletronegatividades estão concentradas na parte direita superior da tabela né?
Como a eletronegatividade se relaciona com a afinidade eletrônica e com a energia de ionização dos átomos, a tendência dela é de crescer para a direita e para cima na tabela periódica.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria.
Observe os valores de afinidade eletrônica (em eV) para os elementos abaixo.
a) Explique porque a AE do cloro é maior que a do flúor.
b) Explique porque a AE do bromo é menor que a do cloro.
Passo 1
Esse exercício vai nos mostrar bem como o aumento do raio atômico tem diversos papéis na afinidade eletrônica. E que é muito difícil prever qual átomo vai ter maior AE. Mas sabendo previamente os valores de AE dos caras, podemos tentar explicá-los.
Passo 2
a) Aqui, o aumento do raio aumentou a AE.
O cloro é maior do que o flúor, estando no 3º período enquanto o flúor está no segundo.
Com uma camada a mais, o elétron que entrará no cloro ficará mais longe do núcleo, sofrendo uma atração menor.
Por outro lado, como o nível é mais volumoso que o , o elétron que entra no cloro sofre menor repulsão dos outros elétrons ao se aproximar do átomo e se “estabelecer” na eletrosfera.
No flúor, a atração núcleo-elétron é mais forte, porque o flúor tem menos níveis na eletrosfera, mas o elétron que entra sofre muita repulsão dos outros elétrons, devido ao pequeno raio atômico do flúor.
Resumindo: no cloro a atração é menor e a repulsão é menor. No flúor a atração é maior e a repulsão é maior.
Como a gente sabe qual é o fato decisivo? Olhando os valores de AE.
Como o cloro tem maior AE, a gente vê que entre a atração núcleo-elétron e a repulsão elétron-elétron, a repulsão foi o fator determinante. Com menor repulsão, o cloro acabou ficando com maior afinidade eletrônica.
“Ah, mas a gente não vai nem falar de carga nuclear efetiva? Nem de configuração eletrônica?”
Na análise de elementos do mesmo grupo, o raio atômico é o fator mais importante. Pra gente se convencer disso, podemos pensar que a atração entre cargas (como o núcleo e o elétron) depende do módulo dessas cargas, mas do inverso da distância ao quadrado. Ou seja, a distância costuma ser mais importante que as cargas em si.
A gente usa a carga nuclear efetiva mais para elementos do mesmo período.
Ao mudar de período, embora o número atômico aumente bastente, a blindagem também aumenta e as alterações na carga nuclear efetiva são mais sutis.
Quanto à configuração eletrônica: estando no mesmo grupo (17) ambas configurações terminam em p5 e poucas conclusões podem ser tiradas daí.
Passo 3
b) Agora a gente vai ter que dizer exatamente o contrário.
Entre bromo e cloro, o aumento do raio diminuiu a AE.
Bem, no cloro, o raio é menor, então a atração núcleo-eletron é maior, mas a repulsão elétron-elétron também é maior.
Por outro lado, com raio maior, o Br oferece menor atração núcleo-élétron e menor repulsão elétron-elétron.
Conhecendo os valores de afinidade eletrônica pra esses caras, a gente pode dizer que, aqui, o fator atração é o mais importante. Pois embora o cloro tenha mais repulsão eletrônica, sua maior atração núcleo-elétron leva a uma maior afinidade eletrônica quando comparado ao Br.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #3
Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 45-teste 1.15.
a) Explique o grande decréscimo de afinidade eletrônica entre o lítio e o berílio.
b) Explique o grande decréscimo de afinidade eletrônica entre o flúor e o neônio.
Passo 1
a) Lítio e berílio estão no segundo período da tabela periódica. Como o berílio está à direita do lítio, com maior carga nuclear, a tendência seria ele ter maior afinidade eletrônica, mas isso não é observado.
Se não podemos explicar por carga nuclear nem por raio atômico (eles estão lado a lado, no mesmo período), vamos ver a configuração eletrônica desses caras.
E olha como esses caras ficam, caso eles ganhem um elétron:
O novo elétron do lítio vai entrar no subnível 2s, enquanto o novo elétron do Be vai entrar no subnível 2p.
A gente viu na EI que, para um mesmo nível (mesmo ), quanto menor o menor a energia. Isso quer dizer que elétrons do subnível 2s são menos energéticos que os do subnível 2p. Ou seja, os elétrons do subnível 2s são mais atraídos pelo núcleo.
Ao colocar um elétron no 2s (mais preso, menor nível energético), o sistema libera mais energia. Quanto mais energia é liberada, mais favorecida é a entrada do elétron.
Por isso a entrada de um novo elétron é mais fácil pro lítio do que pro berílio.
Isso pode ser observado entre as família 1 e 2 em todos os períodos. Olha só:
Passo 2
b) O neônio é um gás nobre, tem baixa reatividade e isso é demonstrado por valores muito grandes de EI e valores negativos de AE.
Os valores negativos de AE dos gases nobres podem ser explicados porque, com o subnível p completo (p6), ao aceitar um elétron, esses caras vão precisar ocupar uma nova camada da eletrosfera.
Colocar novos elétrons em um nível de maior é bem complicado. Fica mais longe do núcleo, sofre menor atração, rola mais blindagem... Tudo contra.
Olha aí a configuração eletrônica do Flúor e do Neônio.
E depois de ganhar um elétron:
Alpem da baixa tendência do Neônio em ganhar um elétron, rola uma super tendência do flúor em ganhar um elétron e virar um ânion.
Ao ganhar o elétron, o flúor completa o subnível 2p, facilitando aquele efeito da degenerescência.
Olha aí os 3 orbitais p igualmente preenchidos!
Passo 3
O que fica de mais importante desse exercício é que, entre Li e Be a diferença está no subnível ocupado pelos elétrons que vão entrar nos átomos.
Já entre F e Ne, a diferença está no nível que será ocupado pelo novo elétron.
Quando a diferença está no nível, a discrepância dos valores de AE é mais importante. Olha aí:
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria.
Observe os valores de afinidade eletrônica (em eV) dos átomos dos elementos abaixo e formule uma explicação para as diferenças de AE entre:
a) oxigênio e flúor
b) nitrogênio e carbono
c) lítio e sódio
Passo 1
a) A tendência geral da afinidade eletrônica é aumentar para a direita, num mesmo período, devido ao aumento da carga nuclear efetiva.
Isso ocorre entre oxigênio e flúor. Como eles obedecem a “tendência geral”, a gene não precisa de muita coisa pra explicar a diferença de AE entre eles.
O núcleo do flúor é mais poderoso, atrais mais os elétrons, aumentando a tendência do flúor em se tornar um ânion.
Além disso, como a configuração do oxigênio acaba em p4 e a configuração do flúor acaba em p5, rola aquele lance da degenerescência. Se o flúor ganah um elétron, ele completa o subnível p e deixa os três orbitais p igualmente preenchidos. Facilitando o trabalho do átomo em deixar esses três orbitais no mesmo nível de energia.
Passo 2
b) Nitrogênio está à direita do carbono.
Além de ter afinidade eletrônica menor que o carbono (contrariando a tendência global), o N tem AE negativa. Por quê?
Vamos ver a configuração eletrônica do N e do C:
E desses caras caso eles ganhem um elétron:
Hmm. Vamos ver o diagrama das caixas pra esses caras negativos:
Agora tá vendo como o novo elétron do carbono faz com que os três orbitais p fiquem igualmente preenchidos?
No nitrogênio, o novo elétron entra num orbital já ocupado, sofrendo forte repulsão. Além disso, ele vem justamente quebrando o equilíbrio de preenchimento dos orbitais p.
A repulsão dos elétrons emparelhados e o fenômeno da degenerescência são hipóteses para explicar a diferença de AE entre carbono e nitrogênio.
Passo 3
c) Lítio e sódio estão na mesma família e, aí, o fator determinante costuma ser o raio atômico. Sendo que a tendência da AE pelo raio é muito relativa.
Como o sódio é maior que o lítio e o sódio apresenta menor AE, a gente vai dizer que, aqui, menor o raio, maior a AE.
E como a gente explica isso?
Um raio pequeno permite que os elétrons ganhos fiquem próximos ao núcleo, sofrendo uma atração mais forte.
Também é verdade que, com raio pequeno, os elétrons acabam ficando mais próximos uns dos outros, sofrendo maior repulsão elétron-elétron.
Mas entre Li e Na, a atração núcleo-elétron é o fator determinante e o raio menor facilita a aceitação de um novo elétron.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #5
Unioeste. Caderno de Exercícios de química Geral. Ligações Químicas. Questão 08.
O Cl (cloro) apresenta afinidade eletrônica maior que o F (flúor), mas sua eletronegatividade é menor que a do F. Qual das extremidades da molécula de ClF você esperaria que fosse positiva?
Passo 1
Aqui o importante é a gente manter em mente a GRANDE diferença que existe entre afinidade eletrônica e eletronegatividade.
A AE mede a tendência do átomo em ganhar elétrons e se tornar um ânion.
A eletronegatividade mostra a tendência que o átomo tem de puxar elétrons quando faz parte de uma ligação química.
Passo 2
O enunciado fala de um molécula de ClF.
Os dois átomos são bastante eletronegativos, ninguém vai querer doar elétrons. Então a ligação é covalente (e não iônica). A gente pode representar assim:
O que o exercício realmente quer saber é:
“Quem puxa mais aqueles elétron ali? O mais eletronegativo ou o que tem maor afinidade eletrônica?”
Quem puxa mais é o mais eletronegativo!!! Esse é justamente o conceito de eletronegatividade.
Como o flúor é mais eletronegativo, ele puxa os elétrons um mais que o Cl. A ligação é polar e o pólo negativo fica na extremidade do flúor, que está atraindo a nuvem eletrônica um pouco mais.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #6
UDESC – Lista II de Química Geral. Professora Carla Dalmolin. Questão 12.
Liste os halogênios (família VIIA da Tabela Periódica) na ordem crescente de eletronegatividade.
Passo 1
Essa nomenclatura da família aí não é a mais atualizada. Hoje em dia a gente costuma dizer que os halogênios são os elementos da família 17.
Os halogênios são a família do flúor na tabela periódica.
Passo 2
Agora, dentro de uma família, qual é a tendência geral da eletronegatividade?
Lembra que uma das formas de estimar a eletronegatividade é fazendo uma média da AE e da EI?
A afinidade eletrônica cresce para a direita, enquanto a EI cresce para a direita e para cima.
Assim, a tendência geral da eletronegatividade é crescer para a direita e para cima.
Quanto mais para a direita, maior a carga nuclear efetiva e maior a capacidade do átomo de puxar os elétrons em sua direção.
Quanto mais para cima, menos níveis de eletrosfera e mais próximo do núcleo estão os elétrons da ligação.
Passo 3
Pela regra geral, então, os halogênios na ordem crescente de eletronegatividade são:
Ts, At, I, Br, Cl, F
Se a sua tabela periódica for mais antiga, talvez o Ts não apareça.
Resposta
Ts, At, I, Br, Cl, F
Exercício Resolvido #7
Elaboração própria.
Explique o significado físico dos valores positivos ou negativos da afinidade eletrônica.
Passo 1
A gente definiu a afinidade eletrônica como o oposto da entalpia de ganho de elétrons. Assim:
A variação de entalpia em uma reação, por sua vez, indica se o sistema (a reação) está liberando ou absorvendo energia.
Reações exotérmicas liberam calor e tem .
Reações endotérmicas absorvem calor e tem
Como a AE é o oposto da variação de entalpia:
Assim, o significado físico de valores positivos de AE é a liberação de energia pelo ganho de elétrons, e o de valores negativos de AE é a absorção de energia pela ganho de elétrons.
A maioria dos sistemas tenta ficar em um estado de mais baixa energia. Alta energia indica instabilidade.
Logo, é favorável para um sistema liberar energia.
Assim o ganho de elétrons é favorecido em átomos de elementos com AE positivos.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #8
UDESC – Lista de Exercícios sobre Ligações Químicas. Professor Francisco Martins. Questão 24.
Qual é a relação geral entre eletronegatividade, o tamanho do átomo e a carga nuclear de um átomo.
Passo 1
De um modo geral, átomos muito grandes tem eletronegatividade mais baixa, pois o núcleo deles ficam muito afastados dos elétrons envolvidos nas ligações (elétrons de valência). Com isso, eles “puxam” pouco os elétrons da ligação.
A carga nuclear maior, via de regra, aumenta a eletronegatividade. Quanto maior a carga nuclear, mais forte é o poder de atração do núcleo, e mais o átomo vai atrair para si os elétrons da ligação.
Resposta
Regra geral:
- Maior átomo, menor eletronegatividade;
- Maior carga nuclear, maior eletronegatividade.
Exercício Resolvido #9
UFJF – 2ª Lista de Exercícios de Química Geral. Ligações Químicas. Questão 10. Modificada.
Observando os valores de eletronegatividade e afinidade eletrônica (AE) abaixo, coloque as ligações em cada conjunto em ordem crescente de polaridade:
a) C-F, O-F, Be-F
b) N-Br, P-Br, O-Br
c) C-S, B-F, N-O
Passo 1
A polaridade das ligações está diretamente relacionada com a deslocalização da nuvem eletrônica da ligação.
E deslocar /puxar elétrons da ligação tem a ver com ELETRONEGATIVIDADE.
Pode esquecer aquela parte da tabela com AE. Ela tá ali só pra te confundir.
Agora, como definir o quão polar é uma ligação?
Quanto mais polarizada estiver a nuvem eletrônica, mais polar é a ligação.
Ou seja: quanto maior a diferença de eletronegatividade entre os átomos, mais os elétrons da ligação vão ficar concentrados num extremo da ligação e mais polar ela será.
Vamos ver caso a caso.
Passo 2
a) C-F, O-F, Be-F
Calculando a diferença, em módulo, de eletronegatividade entre os átomos:
Quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior a polaridade da ligação.
Então, em ordem crescente de polaridade:
Passo 3
b) N-Br, P-Br, O-Br
Calculando a diferença, em módulo, de eletronegatividade entre os átomos:
Quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior a polaridade da ligação.
Então, em ordem crescente de polaridade:
Passo 4
c) C-S, B-F, N-O
Calculando a diferença, em módulo, de eletronegatividade entre os átomos:
Quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior a polaridade da ligação.
Então, em ordem crescente de polaridade:
Resposta
Exercício Resolvido #10
Elaboração própria.
Relacione a inércia química característica dos gases nobres com seus valores de energia de ionização e afinidade eletrônica.
Passo 1
A energia de ionização mede a tendência dos átomos de perder elétrons e se tornar um cátion.
E a afinidade eletrônica mede a tendência dos átomos de ganhar um elétron, se tornando um ânion.
Os gases nobres apresentam valores muito altos de EI e negativos de AE.
Isso significa que eles não tem tendência nem de ganhar elétrons nem de perder elétrons.
Os elementos se combinam entre si através de ligações química onde ocorre o compartilhamento de elétrons ou a doação deles.
Como os gases nobres não tem tendência a doar ou receber elétrons, eles raramente participam de reações ou mesmo de ligações, sendo muitas vezes considerados inertes.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)