Contenu
- Structure de l'atome
- Bases de la liaison chimique
- Liaisons chimiques et électronégativité
- Valeurs d'électronégativité et tableau périodique
- Autres travaux: Atomes de surface
L'électronégativité est un concept de chimie moléculaire qui décrit la capacité d'un atome à attirer des électrons vers lui-même. Plus la valeur numérique d'une électronégativité d'atomes donnée est élevée, plus elle attire puissamment des électrons chargés négativement vers son noyau de protons chargé positivement et (sauf pour l'hydrogène) les neutrons.
Comme les atomes n'existent pas isolément et forment plutôt des composés moléculaires en se combinant à d'autres atomes, le concept d'électronégativité est important car il détermine la nature des liaisons entre les atomes. Les atomes se joignent à d’autres atomes par le biais du processus de partage des électrons, mais cela peut vraiment être considéré comme un jeu de tir à la corde qui ne peut pas être résolu: les atomes restent liés entre eux parce que, même si aucun atome ne "gagne", leur attrait mutuel essentiel garde leurs électrons partagés en zoomant autour d’un point assez bien défini entre eux.
Structure de l'atome
Les atomes sont constitués de protons et de neutrons, qui constituent le centre ou le noyau des atomes, et des électrons, qui "gravitent" autour du noyau, un peu comme de minuscules planètes ou comètes tourbillonnant à une vitesse folle autour d'un minuscule soleil. Un proton porte une charge positive de 1,6 x 10-19 Coulombs, ou C, alors qu'un électrons porte une charge négative de la même ampleur. Les atomes ont généralement le même nombre de protons et d'électrons, ce qui les rend électriquement neutres. Les atomes ont normalement à peu près le même nombre de protons et de neutrons.
Un type particulier ou une variété d'atome, appelé élément, est défini par le nombre de protons dont il dispose, appelé numéro atomique de cet élément.L'hydrogène, avec un numéro atomique de 1, a un proton; L'uranium, qui a 92 protons, porte le numéro 92 dans le tableau périodique des éléments (voir Ressources pour un exemple de tableau périodique interactif).
Lorsqu'un atome subit une modification de son nombre de protons, ce n'est plus le même élément. Lorsqu'un atome gagne ou perd des neutrons, par contre, il reste le même élément mais reste un isotope de la forme originale, la plus stable chimiquement. Quand un atome gagne ou perd des électrons mais reste sinon le même, on l’appelle un ion.
Les électrons, situés sur les bords physiques de ces arrangements microscopiques, sont les composants des atomes qui participent à la liaison avec d'autres atomes.
Bases de la liaison chimique
Le fait que les noyaux des atomes soient chargés positivement pendant que les électrons se déplaçant sur les franges physiques des atomes sont chargés négativement détermine la manière dont les atomes individuels interagissent les uns avec les autres. Lorsque deux atomes sont très proches l'un de l'autre, ils se repoussent quels que soient les éléments qu'ils représentent, car leurs électrons respectifs se "rencontrent" les premiers, et des charges négatives poussent contre d'autres charges négatives. Leurs noyaux respectifs, même s'ils ne sont pas aussi proches que leurs électrons, se repoussent également. Lorsque les atomes sont suffisamment éloignés les uns des autres, ils ont tendance à s’attirer. (Les ions, comme vous le verrez bientôt, sont une exception; deux ions chargés positivement se repousseront toujours, et idem pour les paires d'ions chargés négativement.) Cela implique qu'à une certaine distance d'équilibre, les forces attractives et répulsives s'équilibrent, restera à cette distance à part sauf si perturbé par d'autres forces.
L'énergie potentielle dans un couple atome-atome est définie comme étant négative si les atomes sont attirés l'un vers l'autre et positive si les atomes sont libres de s'éloigner les uns des autres. À la distance d'équilibre, l'énergie potentielle entre l'atome est à sa valeur la plus basse (c'est-à-dire la plus négative). C'est ce qu'on appelle l'énergie de liaison de l'atome en question.
Liaisons chimiques et électronégativité
Une variété de types de liaisons atomiques s'inscrit dans le paysage de la chimie moléculaire. Les plus importants pour les besoins actuels sont les liaisons ioniques et les liaisons covalentes.
Reportez-vous à la discussion précédente sur les atomes qui ont tendance à se repousser de près, principalement à cause de l'interaction entre leurs électrons. Il a également été noté que les ions de même charge se repoussent les uns les autres, quoi qu’il en soit. Si une paire d'ions a des charges opposées, cependant - c'est-à-dire si un atome a perdu un électron pour prendre une charge de +1, un autre a gagné un électron pour prendre une charge de -1 - alors les deux atomes sont très fortement attirés par chacun autre. La charge nette de chaque atome efface les effets répulsifs de leurs électrons et les atomes ont tendance à se lier. Parce que ces liaisons sont entre les ions, elles sont appelées liaisons ioniques. Le sel de table, constitué de chlorure de sodium (NaCl) et résultant de la liaison d'un atome de sodium chargé positivement à un atome de chlore chargé négativement pour créer une molécule électriquement neutre, constitue un exemple de ce type de liaison.
Les liaisons covalentes résultent des mêmes principes, mais ces liaisons ne sont pas aussi fortes en raison de la présence de forces concurrentes légèrement plus équilibrées. Par exemple, eau (H2O) possède deux liaisons hydrogène-oxygène covalentes. La raison pour laquelle ces liaisons se forment est principalement due au fait que les orbites électroniques externes des atomes "veulent" se remplir d'un certain nombre d'électrons. Ce nombre varie d’un élément à l’autre, et le partage d’électrons avec d’autres atomes est un moyen d’y parvenir, même lorsque c’est surmonter des effets répulsifs modestes. Les molécules qui incluent des liaisons covalentes peuvent être polaires, ce qui signifie que même si leur charge nette est nulle, certaines parties de la molécule portent une charge positive qui est équilibrée par des charges négatives ailleurs.
Valeurs d'électronégativité et tableau périodique
L’échelle de Pauling est utilisée pour déterminer le degré d’électronégation d’un élément donné. (Cette échelle tire son nom de Linus Pauling, scientifique lauréat du prix Nobel). Plus la valeur est élevée, plus un atome est désireux d'attirer des électrons vers lui-même dans des scénarios se prêtant à la possibilité d'une liaison covalente.
L'élément le plus important sur cette échelle est le fluor, auquel la valeur 4.0 est attribuée. Les éléments les plus obscurs, le césium et le francium, se situent au dernier rang, avec un taux de contrôle de 0,7. Des liaisons covalentes "inégales" ou polaires se produisent entre des éléments présentant de grandes différences. dans ces cas, les électrons partagés sont plus proches d'un atome que de l'autre. Si deux atomes d'un élément se lient l'un à l'autre, comme avec un O2 molécule, les atomes sont évidemment égaux en électronégativité, et les électrons sont à égale distance de chaque noyau. Ceci est un lien non polaire.
La position d'un élément sur le tableau périodique fournit des informations générales sur son électronégativité. L'électronégativité des éléments augmente de gauche à droite ainsi que de bas en haut. La position des fluorés en haut à droite garantit leur valeur élevée.
Autres travaux: Atomes de surface
Comme pour la physique atomique en général, une grande partie des connaissances sur le comportement des électrons et des liaisons est, bien qu'établie expérimentalement, en grande partie théorique au niveau des particules subatomiques individuelles. Les expériences visant à vérifier ce que font individuellement les électrons constituent un problème technique, tout comme l’isolement des atomes individuels contenant ces électrons. Dans les expériences visant à tester l'électronégativité, les valeurs ont été traditionnellement dérivées de la nécessité de calculer la moyenne des valeurs d'un grand nombre d'atomes individuels.
En 2017, les chercheurs ont pu utiliser une technique appelée microscopie électronique à force pour examiner des atomes individuels à la surface du silicium et mesurer leurs valeurs d'électronégativité. Pour ce faire, ils ont évalué le comportement des liaisons silicium-oxygène lorsque les deux éléments étaient placés à des distances différentes. À mesure que la technologie s'améliorera en physique, les connaissances humaines sur l'électronégativité vont continuer à se développer.