Elettronegatività e numero di ossidazione

L’elettronegatività è la tendenza di un atomo/molecola ad attrarre elettroni; il numero di ossidazione è un indicatore del suo ambiente di legame.

Elettronegatività

L’elettronegatività è una proprietà che descrive la tendenza di un atomo ad attrarre elettroni (o densità di elettroni) verso se stesso. L’elettronegatività di un atomo è influenzata sia dal suo numero atomico che dalla dimensione dell’atomo. Più alta è l’elettronegatività, più un elemento attrae elettroni. L’opposto dell’elettronegatività è l’elettropositività, che è una misura della capacità di un elemento di donare elettroni.

L’elettronegatività non è misurata direttamente, ma è invece calcolata sulla base di misure sperimentali di altre proprietà atomiche o molecolari. Sono stati proposti diversi metodi di calcolo, e anche se ci possono essere piccole differenze nei valori numerici dei valori di elettronegatività calcolati, tutti i metodi mostrano la stessa tendenza periodica tra gli elementi.

L’elettronegatività, come viene solitamente calcolata, non è strettamente una proprietà di un atomo, ma piuttosto una proprietà di un atomo in una molecola. Le proprietà di un atomo libero includono l’energia di ionizzazione e l’affinità degli elettroni. Ci si aspetta che l’elettronegatività di un elemento vari con il suo ambiente chimico, ma di solito è considerata una proprietà trasferibile; vale a dire, valori simili saranno validi in una varietà di situazioni.

Al livello più elementare, l’elettronegatività è determinata da fattori come la carica nucleare e il numero/posizione di altri elettroni presenti nei gusci atomici. La carica nucleare è importante perché più protoni ha un atomo, più “trazione” avrà sugli elettroni negativi. Dove si trovano gli elettroni nello spazio è un fattore che contribuisce perché più elettroni ha un atomo, più lontano dal nucleo saranno gli elettroni di valenza, e di conseguenza sperimenteranno meno carica positiva; questo è dovuto alla loro maggiore distanza dal nucleo, e perché gli altri elettroni negli orbitali del nucleo a bassa energia agiranno per schermare gli elettroni di valenza dal nucleo carico positivamente.

Il metodo di calcolo più comunemente usato per l’elettronegatività fu proposto da Linus Pauling. Questo metodo produce una quantità adimensionale, comunemente chiamata scala di Pauling, con una gamma da 0,7 a 4. Se guardiamo la tavola periodica senza i gas inerti, l’elettronegatività è massima in alto a destra e minima in basso a sinistra.

Elettronegatività degli elementi: L’elettronegatività è massima in alto a destra della tabella e minima in basso a sinistra.

Quindi, il fluoro (F) è il più elettronegativo degli elementi, mentre il francio (Fr) è il meno elettronegativo.

Numeri di ossidazione

E’ comune considerare un singolo valore di elettronegatività valido per la maggior parte delle situazioni di legame in cui un dato atomo può trovarsi. Mentre questo approccio ha il vantaggio della semplicità, è chiaro che l’elettronegatività di un elemento non è una proprietà atomica invariabile; piuttosto, si può pensare che dipenda da una quantità chiamata ‘numero di ossidazione’ dell’elemento.

Un modo per caratterizzare gli atomi in una molecola e tenere traccia degli elettroni è assegnare i numeri di ossidazione. Il numero di ossidazione è la carica elettrica che un atomo avrebbe se gli elettroni di legame fossero assegnati esclusivamente all’atomo più elettronegativo, e può identificare quale atomo è ossidato e quale ridotto in un processo chimico. Sei regole possono essere usate quando si assegnano i numeri di ossidazione:

1. Il numero di ossidazione di un elemento nel suo stato naturale (cioè, come si trova in natura) è zero. Per esempio, l’idrogeno in H2, l’ossigeno in O2, l’azoto in N2, il carbonio nel diamante, ecc, hanno numeri di ossidazione pari a zero.
2. Nei composti ionici, la carica ionica di un atomo è il suo numero di ossidazione.
3. La somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi in uno ione o molecola è uguale alla sua carica netta.
4. In composti con non metalli, il numero di ossidazione dell’idrogeno è +1. Tuttavia, quando l’idrogeno è legato a un metallo, il suo numero di ossidazione si riduce a -1 perché il metallo è un elemento più elettropositivo, o meno elettronegativo.
5. All’ossigeno viene assegnato un numero di ossidazione di -2 nella maggior parte dei composti. Tuttavia, ci sono alcune eccezioni. Nei perossidi (O22-), come il perossido di idrogeno (H2O2), il numero di ossidazione dell’ossigeno è -1. Nel difluoruro di ossigeno (OF2), il numero di ossidazione dell’ossigeno è +2, mentre nel difluoruro di diossigeno (O2F2), all’ossigeno viene assegnato un numero di ossidazione di +1 perché il fluoro è l’elemento più elettronegativo in questi composti, quindi gli viene assegnato un numero di ossidazione di -1.
6. L’atomo con maggiore elettronegatività, tipicamente un elemento non metallico, viene assegnato un numero di ossidazione negativo, mentre all’altro atomo, che è spesso ma non necessariamente un elemento metallico, viene assegnato un numero di ossidazione positivo.