Elektronenaffinität und ihre Messung und Variation
Elektronenaffinität (EA) oder Elektronengewinnenthalpie oder einfach Affinität im Periodensystem definiert als die Menge an Energie, die freigesetzt oder freigesetzt wird, wenn ein Elektron zu einem isolierten neutralen gasförmigen Atom auf seinem niedrigsten Energieniveau (Grundzustand) hinzugefügt wird, um ein uni-negatives Ion oder Anion zu erzeugen., Bei der Ionisationsenergie wird Energie zugeführt, um ein, zwei und mehr Elektronen aus einem Atom oder Kation zu entfernen, aber bei Elektronenaffinitäten wird die Energie unter Zugabe eines oder mehrerer Elektronen in einem Atom oder Anion freigesetzt. Elektronenaffinität ist eine exotherme Reaktion mit dem negativen Vorzeichen gemäß der üblichen Thermodynamikkonvention in der Chemie, aber Messung von Affinitäten immer der positive Wert. Affinitätswert gemessen durch Einheit eV pro Atom oder kJ mol-1 und bewirkt durch Atomgröße, Schirmelektron, und elektronische Konfiguration oder Struktur von Atom oder Ion.,
Affinitäten sind schwer zu bekommen, aber Messen Sie von der indirekten Messung von Born-Haber Energie-Zyklen, in denen ein Schritt ist, Elektronen-Teilchen einzufangen. Affinitäten messen auch durch direkte Untersuchung der Elektronenfang aus erhitzten Filamenten. Die zweite Methode bestimmte die Anzahl neutraler Atome, Ionen und Elektronen mit dem Massenspektrometer im elektromagnetischen Strahlungsspektrum., Dies gibt die standardfreie Energie für die Gleichgewichtsreaktion. Die freie Energie berechnet aus der Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante.
Frage: Berechnen Sie die Elektronenaffinität von Chlor aus den Born-Haber-Zyklusdaten. Die Kristallgitterenergie von Natriumchlorid = – 774 kJ mol-1, die Ionisationsenergie von Natrium = 495 kJ mol-1, die Sublimationswärme von Natrium = 108 kJ mol-1, die Bindungsenergie von Chlor = 240 kJ mol-1 und die Wärme der Bildung von Natriumchlorid = 410 kJ mol-1.,
Antwort: Born-Haber-Zyklusgleichung zur Bildung von Natriumchloridkristallen
– UNaCl-iENA + EACl-SNa-½DCl-ΔHf = 0
or, ECl = UNaCl + iENA + SNa +½DCl + ΔHf
= — 774 + 495 + 108 + 120 + 410
= 359 kJ mol-1
Beeinflussung von Trends der Elektronenaffinitäten
Die Größe von EA beeinflusst durch den Atomradius, die Abschirmwirkung und die elektronische Struktur oder Konfiguration eines Atoms oder Ions.
Atomradius und Affinität der Atome
Größer die atomare Größe verringert die Tendenz der Atome, die zusätzlichen Elektronen zu sich selbst anzuziehen., Das verringert die Anziehungskraft, die der Kern eines Atoms ausübt. Daher nehmen die Elektronenaffinitäten mit zunehmender Größe oder Radius eines Atoms ab.
Abschirmeffekt und Affinität
Je größer die effektive Kernladung (Zeff) ist, desto größer ist die Tendenz, die zusätzlichen Elektronen auf sich zu ziehen. Daher ist die größere Anziehungskraft ausgeübt durch auf den Kern eines Atoms. Infolgedessen wird höhere Energie freigesetzt, wenn zusätzliche Elektronen zu einem Atom hinzugefügt werden., Daher nimmt die Größe der Elektronenaffinität periodischer Elemente mit zunehmender effektiver Kernladung eines Atoms zu.
Elektronische Struktur und Affinität
Die Größe der Elektronenaffinität hängt von der elektronischen Struktur der Atome ab. Daher besitzen die Elemente mit ns2 -, np6-Valenz-Shell-Konfiguration den sehr niedrigen Affinitätswert aufgrund einer stabilen Valenz-Shell-Konfiguration. Zum Beispiel hat Wasserstoffatom, wenn man ein Elektron gewinnt, um H – Ion (1s2) zu bilden, eine sehr niedrige Elektronenaffinität (73 kJ mol-1) und bildet stabiles Alkalihydrid., Die Polarisation von Hydridionen sehr hoch.
Frage: Erklären Sie die starke Abnahme der Elektronenaffinität zwischen Lithium und Beryllium.
Antwort: Die ordnungszahl und elektronische konfiguration lithium und beryllium sind 1s2 2s1 (3) und 1s2 2s2 jeweils. Daher hat Lithium eine unvollständig gefüllte 2s-Subshell, während Beryllium eine Subshell gefüllt hat. Daher kann Lithium Elektronen in 2s Unterschale empfangen, aber für Beryllium, eine noch höhere Energie 2p Ebene. Daher widersteht Beryllium, zusätzliche Elektronen in höheren Energieniveaus oder 2p-Orbitalen zu gewinnen.,
Frage: Warum ist die Elektronenaffinität von Stickstoff geringer als Phosphor?
Antwort: die Elektronen-Konfiguration von Stickstoff und Phosphor 1s2 2s2 2p3 und 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3. Aufgrund der geringeren Größe des Stickstoffatoms, wenn ein zusätzliches Elektron zu dem stabilen halb gefüllten 2p Subshell hinzugefügt wird, wird eine gewisse Menge an Energie benötigt. Daher ist die Elektronenaffinität von Stickstoff negativ. Auf der anderen Seite wird aufgrund der größeren Größe eines Phosphors im Vergleich zu Stickstoff eine geringe Menge an Energie freigesetzt, wenn ein Elektron der stabilen halbgefüllten 3p-Unterschale zugesetzt wird.,
Elektronenaffinitätstrends im Periodensystem
Wenn wir eine Gruppe im Periodensystem nach unten bewegen, nimmt die Größe der Atome im Allgemeinen mit zunehmender Ordnungszahl zu. Daher nimmt die Größe der Elektronenaffinität im Allgemeinen in die gleiche Richtung ab.
Die Elemente der zweiten Periode sind relativ kleiner als die Elemente der dritten Periode. Die Elektronenaffinitätswerte der Elemente der zweiten Periode sind jedoch kleiner als die Elemente der dritten Periode. Dieses unerwartete Verhalten erklärt sich durch Ladungsdichten für die jeweiligen negativen Ionen., Wegen eines hohen Wertes der Elektronendichte durch die interelektronischen Abstoßungskräfte entgegengesetzt.
Frage: Warum ist die Elektronenaffinität von Fluor niedriger als das Chloratom?
Antwort: Die niedrigeren Werte der Affinität des Fluoratoms durch elektronische Abstoßung im kompakten 2p-Orbital. Daher sind die Affinitätstrends für Halogenatome F < Cl > Br > I.
Frage: Warum ist die Elektronenaffinität von Beryllium und Magnesium fast Null?,
Antwort: Beryllium und Magnesium haben s-Subshell komplett mit elektronischer Konfiguration gefüllt, 1s2 2s2 und 1s2 2s2 2p6 3s2. Daher werden die zusätzlichen Elektronen in 2p-Subshell von Beryllium und 3p-Subshell im Fall von Magnesium eintreten. Dies widersteht dem Einfangen von Elektronen in einem neuen höheren Quantenenergieniveau.
Oxidierende Eigenschaften und Elektronenaffinitäten
Das Halogen besitzt große Affinitäten, die auf die starke Tendenz hinweisen, Elektronen aufzunehmen oder als starke Oxidationsmittel zu wirken., Die Ladungsdichte von Fluor ist aufgrund der geringen Größe des Fluoratoms größer als das Chloratom. Daher ist die Elektronenaffinität von Chlor größer als das Fluoratom. Dies zeigt an, dass Chlor das stärkste Oxidationsmittel sein sollte. Tatsächlich wurde festgestellt, dass Fluor das stärkste Oxidationsmittel unter allen Umweltelementen ist., Daher oxidierenden trends von halogen -, F > Cl > Br > ich aber Affinitäten trends, F < Cl > Br > I. Die oxidierende Kraft der halogen-Atome erklärt durch oxidation potential der redox-Reaktionen und Anleihe-Dissoziation Energie von halogen-Atomen.
- Mit zunehmendem chemischen Potential (E0) nimmt auch die Oxidationskraft zu. Werte von E0 für Halogenmolekül wie F2 = -186,6 kcal / mol, Cl2 = -147,5 kcal / mol, Br2 = -136.,5 kcal / mol, I2 = 122,6 kcal / mol. Diese wert clerly zeigt, dass E0 werte von flurin molekül ist höchste, so flurin ist stärkste oxidationsmittel.
- Die stärkste oxidierende Eigenschaft erklärt sich auch durch den geringen Wert der chemischen Bindungs-Dissoziationsenergie des Fluormoleküls. Dissoziationsenergien von unpolaren Halogenen Molekül, F2 = 1,64 eV / mol, Cl2 = 2,48 eV/mol, Br2 = 2,00 eV/mol, I2 = 1,56 eV / mol.
Elektronenaffinität von Edelgasen
Die elektronische Konfiguration der Valenzschale (ns2np6) von Inertgasen wird vollständig von den Elektronen gefüllt., Daher muss das ankommende Elektron in das nächsthöhere Energieniveau oder Hauptquantenzahl und Affinitätswerte von Inertgasen gleich Null gehen. Außerdem ist die Kernenergie von Edelgasen nicht hoch genug, um ein Elektron in neuen Quantenenergieniveaus und Affinitätsdaten in der Chemie von Edelgasmolekülen zu halten, sind nicht verfügbar.