PROPIEDADES PERIÓDICAS III. AFINIDAD ELECTRÓNICA Y ELECTRONEGATIVIDAD

 

Lo menos frecuente es encontrar en el medio natural átomos aislados, puesto que generalmente interaccionan entre sí dando lugar a agrupaciones diversas (moléculas, cristales iónicos, redes metálicas,...). Las interacciones responsables de las uniones entre átomos son de naturaleza electromagnética y en ellas juegan un papel fundamental los electrones del último nivel energético (denominados de valencia).  Con el objetivo de hacer una estimación de la capacidad de un elemento químico de atraer a los electrones del compuesto (o elemento no monoatómico) del que forma parte, se introdujeron dos magnitudes que se refieren respectivamente a átomos aislados (afinidad electrónica) y a átomos enlazados (electronegatividad). Este segundo concepto tiene mucho interés, porque la mayor o menor tendencia de un elemento a ganar electrones proporciona la pauta fundamental a la hora de estudiar el enlace químico.
 

Afinidad electrónica
 

Se llama afinidad electrónica (AE) a la energía asociada al proceso en el que un átomo neutro, aislado y en su estado fundamental, capta un electrón y forma un ión negativo estable. De algún modo viene a indicar la "facilidad con que el átomo puede aceptar al electrón".

 

Esta magnitud se suele expresar en unidades de energía (por ejemplo KJ) por cada mol de átomos. Puesto que los átomos que adquieren el electrón deben estar aislados, el proceso se tiene que desarrollar en fase gaseosa y se representa por la ecuación: X (g) + 1e- ® X- + AE  (X es el elemento químico estudiado).

 
H
73		 Afinidades electrónicas en KJ/mol
Li
60		 Be
...		   B
27		 C
122		 N
...		 O
141		 F
328
Na
53		 Mg
...		 Al
43		 Si
134		 P
71		 S
201		 Cl
349
K
48		 Ca
...		 Ga
19		 Ge
116		 As
77		 Se
195		 Br
324
Rb
47		 Sr
...		 In
29		 Sn
121		 Sb
101		 Te
190		 I
295
Cs
45		 Ba
...		 Tl
29		 Pb
35		 Bi
91		 Po
183		 At
270
Fr
44		 Ra
...		 Un tono más rojizo indica mayor afinidad
 

Al contrario que la energía de ionización, la afinidad electrónica resulta difícil de determinar experimentalmente.  La figura adjunta proporciona valores de las afinidades conocidas de los elementos representativos (como se observa no se han podido obtener valores experimentales de las afinidades electrónicas de los gases nobles, de los metales alcalinotérreos y algunas otras).

El análisis de estos valores indica que la tendencia general en cada familia es que la afinidad electrónica disminuye regularmente al aumentar el número atómico (para elementos de configuración semejante, resulta más difícil atrapar un electrón, cuanto más alejado quede del núcleo). En cada periodo, la tendencia es que la afinidad crece al aumentar el número atómico, aunque se observan bastantes irregularidades.

 
Electronegatividad
 

El concepto de electronegatividad lo definió por primera vez Pauling (1901-1994) en 1932, al estudiar las  características  de los enlaces químicos en moléculas heteronucleares (con núcleos de elementos diferentes). Pauling fue uno de los primeros químicos cuánticos y recibió el Premio Nobel de Química en 1954, por su trabajo sobre la naturaleza de los enlaces químicos.

 
H
2.1		 Electronegatividades (en unidades de la escala de Pauling)
Li
1.0		 Be
1.5		   B
2.0		 C
2.5		 N
3.0		 O
3,5		 F
4.00
Na
0.9		 Mg
1.2		 Al
1.5		 Si
1.8		 P
2.1		 S
2.5		 Cl
3.0
K
0.8		 Ca
1.0		 Ga
1.6		 Ge
1.8		 As
2.0		 Se
2.4		 Br
2.8
Rb
0.8		 Sr
1.0		 In
1.7		 Sn
1.8		 Sb
1.9		 Te
2.1		 I
2.5
Cs
0.7		 Ba
0.9		 Tl
1.8		 Pb
1.8		 Bi
1.9		 Po
2.0		 At
2.2
Fr
0.7		 Ra
0.7		 Un tono más rojizo indica mayor electronegatividad
 

La electronegatividad no se puede medir experimentalmente de manera directa y se han propuesto distintos métodos para su determinación indirecta. El procedimiento de cálculo más común es el que propuso inicialmente Pauling. Mide, en realidad, diferencias de electronegatividad, y proporciona un número adimensional en una escala que varía entre 0,7 para los elementos menos electronegativos (Cs, Fr y Ra) y 4,0 para el de mayor electronegatividad (el F) (tabla adjunta a la izquierda).

La tendencia general en las variaciones periódicas de la electronegatividad es la misma que para la afinidad electrónica. Obsérvese que, en realidad, la electronegatividad no es una propiedad atómica, ya que se refiere a un átomo dentro de una molécula (por ello varía ligeramente cuando varía el "entorno" de un mismo átomo en distintos enlaces de distintas moléculas), y que su equivalente para un átomo aislado sería justamente la afinidad.

 

Ya hemos dicho que, con independencia de la dificultad que tiene medir la electronegatividad, el concepto es de gran utilidad porque la tendencia (mayor o menor) de un átomo a captar electrones es un dato fundamental para estudiar el enlace químico. En este sentido, algunos autores hablan de la electronegatividad como una suma conceptual (no numérica) de la energía de ionización y la afinidad electrónica (afinidad alta + energía de ionización alta = electronegatividad alta). Como se verá en el tema dedicado al enlace químico, desde este punto de vista, los enlaces iónicos se formarían entre elementos con una gran diferencia de electronegatividad (alta-baja), mientras que el covalente tendría lugar entre elementos con electronegatividades altas.