afinidad electrónica y su medición y variación
la afinidad electrónica (EA) o entalpía de ganancia electrónica o simplemente afinidad en la Tabla periódica define como la cantidad de energía liberada o liberada cuando un electrón se agrega a un átomo gaseoso neutro aislado en su nivel de energía más bajo (estado fundamental) para producir un ion o anión uni-negativo., En energía de ionización, energía suministrada para eliminar uno, dos y más electrones de un átomo o catión, pero en afinidades electrónicas, la energía liberada con la adición de uno o más electrones en un átomo o anión. La afinidad electrónica es una reacción exotérmica con el signo negativo según la Convención termodinámica habitual en química, pero la medición de afinidades siempre tiene el valor positivo. Valor de afinidad medido por unidad eV por átomo o kJ mol-1 y efectuado por tamaño atómico, electrón de protección y configuración electrónica o estructura del átomo o ion.,
Afinidades son difíciles de obtener, pero la medida a partir de la medición indirecta de Born-Haber ciclos de energía en el que uno es el paso de electrones de la captura de partículas. Las afinidades también se miden mediante el estudio directo de la captura de electrones de filamentos calentados. El segundo método determinó el número de átomos neutros, iones y electrones con el espectrómetro de masas en el espectro de radiación electromagnética., Esto da la energía libre estándar para la reacción de equilibrio. La energía libre calculada a partir de la dependencia de temperatura de la constante de equilibrio.
pregunta: calcular la afinidad electrónica del cloro a partir de los datos del ciclo de Born — Haber. La energía de la red cristalina de cloruro de sodio = – 774 kJ mol-1, la energía de ionización de sodio = 495 kJ mol-1, el calor de sublimación de sodio = 108 kJ mol-1, la energía de enlace de cloro = 240 kJ mol-1 y el calor de formación de cloruro de sodio = 410 kJ mol-1.,
respuesta: ecuación del ciclo de Born-Haber para la formación de cristal de cloruro de sodio
– UNaCl -enaa + EACl-SNA-½DCl-ΔHf = 0
or, ECl = UNaCl +enaa + SNa + ½DCl + ΔHf
= — 774 + 495 + 108 + 120 + 410
= 359 kJ mol-1
que afecta las tendencias de afinidades electrónicas
la magnitud de EA influenciada por el radio atómico, el efecto de blindaje y la estructura o configuración electrónica de un átomo o un ion.
Radio atómico y afinidad de los átomos
mayor el tamaño atómico Menor La tendencia de los átomos a atraer los electrones adicionales hacia sí mismo., Que disminuye la fuerza de atracción ejercida por el núcleo de un átomo. Por lo tanto, las afinidades electrónicas disminuyen al aumentar el tamaño o radio de un átomo.
efecto de blindaje y afinidad
mayor es la magnitud de la carga nuclear efectiva (Zeff) mayor es la tendencia a atraer los electrones adicionales hacia sí mismo. Por lo tanto, la mayor fuerza de atracción ejercida por el núcleo de un átomo. Como resultado, mayor energía liberada cuando se agregan electrones adicionales a un átomo., Por lo tanto, la magnitud de la afinidad electrónica de los elementos periódicos aumenta con el aumento de la carga nuclear efectiva de un átomo.
la Estructura Electrónica y la Afinidad
La magnitud de la afinidad electrónica depende de la estructura electrónica de los átomos. Por lo tanto, los elementos que tienen una configuración de shell de Valencia ns2, nP6 poseen un valor muy bajo de afinidad debido a una configuración de shell de Valencia estable. Por ejemplo, el átomo de hidrógeno al obtener un electrón para formar el ion H (1s2) tiene una afinidad electrónica muy baja (73 kJ mol – 1) y forma hidruro alcalino estable., La polarización del ion hidruro muy alta.
pregunta: tenga en cuenta la gran disminución en la afinidad electrónica entre el litio y el berilio.
respuesta: El número atómico y la configuración electrónica de litio y berilio son 1s2 2s1 (3) y 1s2 2s2 respectivamente. Por lo tanto, el litio tiene una subcapa 2S incompleta mientras que el berilio tiene subcapa llena. Por lo tanto, el litio puede recibir electrones en la subcapa 2s, pero para el berilio, un nivel de energía 2p aún más alto. Por lo tanto, el berilio se resiste a ganar electrones adicionales en orbitales de mayor nivel de energía o 2P.,
pregunta: ¿por qué la afinidad electrónica del nitrógeno es menor que la del fósforo?
respuesta: configuración electrónica de nitrógeno y fósforo 1s2 2s2 2p3 y 1s2 2s2 2p6 3s2 3P3. Debido al tamaño más pequeño del átomo de nitrógeno cuando se agrega un electrón adicional a la subcapa 2P medio llena estable, se requiere cierta cantidad de energía. Por lo tanto, la afinidad electrónica del nitrógeno es negativa. Por otro lado, debido al mayor tamaño de una comparación de fósforo con nitrógeno, se libera una pequeña cantidad de energía cuando un electrón se agrega a la subcapa 3P medio llena estable.,
tendencias de afinidad electrónica en la Tabla periódica
Cuando nos movemos hacia abajo en un grupo en la Tabla periódica, el tamaño de los átomos generalmente aumenta con el aumento del número atómico. Por lo tanto, la magnitud de la afinidad electrónica generalmente disminuye en la misma dirección.
los elementos del segundo período son relativamente más pequeños en tamaño que los elementos del tercer período. Pero los valores de afinidades electrónicas de los elementos del segundo período son más pequeños que los elementos del tercer período. Este comportamiento inesperado se explica por las densidades de carga de los respectivos iones negativos., Debido a un alto valor de densidad electrónica opuesto a las fuerzas de repulsión interelectrónica.
pregunta: ¿por qué la afinidad electrónica del flúor es menor que el átomo de cloro?
respuesta: los valores más bajos de la afinidad del átomo de flúor debido a la repulsión electrónica en 2P-orbital compacto. Por lo tanto, las tendencias de afinidades para los átomos halógenos son F < Cl > Br > I.
pregunta: ¿por qué la afinidad electrónica del berilio y el magnesio es casi cero?,
respuesta: el berilio y el magnesio tienen S-subshell completamente lleno con configuración electrónica, 1s2 2s2 y 1s2 2s2 2p6 3s2. Por lo tanto, los electrones adicionales entrarán en la subcapa 2P de berilio y en la subcapa 3p en el caso del magnesio. Esto resiste la captura de electrones en un nuevo nivel de energía cuántica superior.
Propiedades oxidantes y afinidades electrónicas
el halógeno posee grandes afinidades que indican la fuerte tendencia a recoger electrones o actuar como poderosos agentes oxidantes., La densidad de carga del flúor es mayor que el átomo de cloro debido al pequeño tamaño del átomo de flúor. Por lo tanto, la afinidad electrónica del cloro es mayor que el átomo de flúor. Esto indica que el cloro debe ser el agente oxidante más fuerte. De hecho, se ha encontrado que el flúor es el agente oxidante más fuerte entre todos los elementos ambientales., Por lo tanto, las tendencias oxidantes de halógeno, F > Cl > Br > I pero las tendencias de afinidades, F < Cl > br > I. El poder oxidante de los átomos Halógenos se explica por el potencial de oxidación de las reacciones redox y la energía de disociación de enlaces de los átomos Halógenos.
- a medida que aumenta el valor del potencial químico (E0), también aumenta el poder oxidante. Valores de E0 para moléculas halógenas como F2 = -186.6 kcal / mol, Cl2 = -147.5 kcal / mol, Br2 = -136.,5 kcal / mol , I2 = 122,6 kcal / mol. Estos valores clerly muestra que los valores E0 de la molécula de flurina son más altos, por lo que la flurina es el agente oxidante más fuerte.
- la propiedad oxidante más fuerte también se explica por el pequeño valor de la energía de disociación de enlace químico de la molécula de flúor. Energías de disociación de moléculas halógenas no polares, F2 = 1.64 eV / mol, Cl2 = 2.48 eV/mol, Br2 = 2.00 eV/mol, I2 = 1.56 eV / mol.
afinidad electrónica de los Gases nobles
la configuración electrónica de la capa de Valencia (ns2np6) de los gases inertes está completamente llena por los electrones., Por lo tanto, el electrón entrante debe entrar en el siguiente nivel de energía más alto o número cuántico principal y valores de afinidad de gases inertes iguales a cero. Además, la energía nuclear de los gases nobles no es lo suficientemente alta como para mantener un electrón en los nuevos niveles de energía cuántica y los datos de afinidad en el aprendizaje de la química de las moléculas de gases nobles no están disponibles.