elektronenaffiniteit en de meting en variatie daarvan
elektronenaffiniteit (EA) of elektronenaanwinst-enthalpie of eenvoudig affiniteit in het periodiek systeem definieert als de hoeveelheid energie die vrijkomt of vrijkomt wanneer een elektron wordt toegevoegd aan een geïsoleerd neutraal gasvormig atoom op zijn laagste energieniveau (aardtoestand) om een uni-negatief ion of anion te produceren., In ionisatie-energie wordt energie geleverd om één, twee en meer elektronen uit een atoom of kation te verwijderen, maar in elektronenverwantschappen, de energie die vrijkomt met de toevoeging van één of meer elektronen in een atoom of anion. Elektronenaffiniteit is een exotherme reactie met het negatieve teken volgens de gebruikelijke thermodynamica conventie in de chemie, maar meting van affiniteiten altijd de positieve waarde. Affiniteitswaarde gemeten door eenheid eV per atoom of kJ mol-1 en uitgevoerd door atomaire grootte, afscherming elektron, en elektronische configuratie of structuur van atoom of ion.,
affiniteiten zijn moeilijk te verkrijgen maar te meten uit de indirecte meting van Born-haber energiecycli waarbij één stap elektronenpartikelvangst is. Affiniteiten meten ook door directe studie van elektronenvangst van verhitte filamenten. De tweede methode bepaalde het aantal neutrale atomen, ionen en elektronen met de massaspectrometer in het elektromagnetische stralingsspectrum., Dit geeft de standaard vrije energie voor de evenwichtsreactie. De vrije energie berekend uit de temperatuurafhankelijkheid van de evenwichtsconstante.
Vraag: Bereken de elektronenaffiniteit van chloor uit de gegevens van de Born Haber-cyclus. De kristalrooster energie van natriumchloride = – 774 kJ mol-1, de ionisatie energie van natrium = 495 kJ mol-1, de warmte van sublimatie van natrium = 108 kJ mol-1, binding energie van chloor = 240 kJ mol-1 en warmte van vorming van natriumchloride = 410 kJ mol-1.,
antwoord: Born-Haber Cycle equation for the formation of sodium chloride crystal
– UNaCl-IENa + Eacl-SNa-½DCl-ΔHf = 0
or, ECl = UNaCl + IENa + SNa +½DCl + ΔHf
= — 774 + 495 + 108 + 120 + 410
= 359 kJ mol-1
invloed op tendensen van Elektronenverwantschappen
De grootte van EA beïnvloed door het atoomstraling, afschermend effect en de elektronische structuur of configuratie van een atoom of een ion.
atomaire straal en affiniteit van atomen
groter de atomaire grootte kleiner de neiging van atomen om extra elektronen naar zichzelf aan te trekken., Dat vermindert de aantrekkingskracht uitgeoefend door de kern van een atoom. Daarom nemen de elektronen affiniteiten af met het vergroten van de grootte of straal van een atoom.
afscherming en affiniteit
hoger de grootte van effectieve nucleaire lading (Zeff) groter de neiging om de extra elektronen naar zichzelf toe te trekken. Daarom is de grotere aantrekkingskracht uitgeoefend door op de kern van een atoom. Als gevolg daarvan, hogere energie vrijgegeven wanneer extra elektronen toegevoegd aan een atoom., Vandaar neemt de grootte van de elektronenaffiniteit van periodieke elementen toe met toenemende effectieve nucleaire lading van een atoom.
elektronische structuur en affiniteit
De grootte van elektronenaffiniteit hangt af van de elektronische structuur van atomen. Daarom bezitten de elementen met, ns2, np6 valence shell configuratie de zeer lage waarde van affiniteit als gevolg van stabiele valence shell configuratie. Bijvoorbeeld, heeft het waterstofatoom wanneer het bereiken van één elektron om H – ion (1s2) te vormen zeer lage elektronenaffiniteit (73 kJ mol-1) en vormt stabiele alkalihydride., De polarisatie van hydride ion zeer hoog.
Vraag: verklaar de grote afname van de elektronenaffiniteit tussen lithium en beryllium.
antwoord: het atoomnummer en de elektronische configuratie lithium en beryllium zijn respectievelijk 1s2 2s1 (3) en 1S2 2s2. Daarom heeft lithium een onvolledig gevulde 2s-subschelp, terwijl beryllium subschelp heeft gevuld. Vandaar dat lithium elektronen kan ontvangen in 2s sub-shell maar voor beryllium, een nog hogere energie 2p niveau. Vandaar dat beryllium bestand is tegen het verkrijgen van extra elektronen in hogere energieniveaus of 2P orbitalen.,
vraag: Waarom is de elektronenaffiniteit van stikstof minder dan fosfor?
antwoord: elektronenconfiguratie van stikstof en fosfor 1s2 2s2 2p3 en 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3. Vanwege de kleinere grootte van stikstofatoom wanneer een extra elektron toegevoegd aan de stabiele halfgevulde 2P subshell een bepaalde hoeveelheid energie nodig. Daarom is de elektronenaffiniteit van stikstof negatief. Aan de andere kant, als gevolg van de grotere grootte van een fosfor vergelijking met stikstof kleine hoeveelheid energie die vrijkomt wanneer een elektron toegevoegd aan de stabiele halfgevulde 3P subshell.,
elektronenaffiniteit Trends in het Periodiek Systeem
wanneer we een groep in het periodiek systeem naar beneden bewegen neemt de grootte van atomen over het algemeen toe met een toenemend atoomnummer. Vandaar dat de grootte van elektronenaffiniteit over het algemeen in dezelfde richting afneemt.
de elementen van de tweede periode zijn relatief kleiner in omvang dan de elementen van de derde periode. Maar de elektronenverwantschapswaarden van de elementen van de tweede periode zijn kleiner dan de elementen van de derde periode. Dit onverwachte gedrag wordt verklaard door ladingsdichtheid voor de respectieve negatieve ionen., Vanwege een hoge waarde van elektronendichtheid tegengesteld door de interelektronische afstotingskrachten.vraag: Waarom is de elektronenaffiniteit van fluor lager dan het chlooratoom?
antwoord: de lagere waarden van de affiniteit van het fluor-atoom als gevolg van elektronische afstoting in compacte 2P-orbitaal. Daarom zijn de affiniteitstrends voor halogeenatomen F < Cl > Br > I.
vraag: Waarom is de elektronenaffiniteit van beryllium en magnesium bijna nul?,
antwoord: Beryllium en magnesium hebben s-subschaal volledig gevuld met elektronische configuratie, 1s2 2s2 en 1s2 2s2 2p6 3s2. Daarom zullen de extra elektronen worden ingevoerd in 2P-subschelp van beryllium en 3p-subschelp in het geval van magnesium. Dit verzet zich tegen het vangen van elektronen in een nieuw hoger kwantumenergieniveau.
Oxiderende eigenschappen en Elektronenaffiniteiten
het halogeen bezit grote affiniteiten die wijzen op de sterke neiging om elektronen op te nemen of als krachtige oxiderende stoffen te werken., De ladingsdichtheid van fluor is groter dan het chlooratoom toe te schrijven aan de kleine grootte van het fluoratoom. Daarom is de elektronenaffiniteit van chloor groter dan het fluor-atoom. Dit geeft aan dat chloor de sterkste oxiderende stof moet zijn. In feite, fluor is gevonden om de sterkste oxiderende agent onder alle milieu-elementen te zijn., Daarom oxiderende trends van halogeen -, F > Cl > Br > ik maar affiniteiten trends, F < Cl > Br > I. De oxiderende kracht van halogeen atomen uitgelegd door oxidatie potentieel van redox reacties en bond dissociatie-energie van halogeen atomen.
- naarmate de waarde van het chemisch potentieel (E0) toeneemt, neemt ook het oxiderende vermogen toe. Waarden van E0 voor halogeenmolecule zoals F2 = -186,6 kcal / mol, Cl2 = -147,5 kcal / mol, Br2 = -136.,5 kcal / mol, I2 = 122,6 kcal / mol. Deze waarde clerly toont aan dat E0 waarden van flurine molecuul het hoogst is, dus flurine is sterkste oxiderende agent.
- de sterkste oxiderende eigenschap verklaart ook door de geringe waarde van de chemische dissociatie-energie van fluormolecule. Dissociatie-energieën van niet-polaire halogeenmolecule, F2 = 1,64 eV / mol, Cl2 = 2,48 eV/mol, Br2 = 2,00 eV/mol, I2 = 1,56 eV / mol.
elektronenaffiniteit van edelgassen
valentieschil elektronische configuratie (ns2np6) van inerte gassen worden volledig gevuld door de elektronen., Daarom moet het binnenkomende elektron naar het volgende hogere energieniveau gaan of naar het belangrijkste kwantumgetal en de affiniteitswaarden van inerte gassen die gelijk zijn aan nul. Ook is de kernenergie van edelgassen niet hoog genoeg om een elektron in nieuwe quantumenergieniveaus vast te houden en zijn affiniteitsgegevens in het leren van chemie van edelgasmoleculen niet beschikbaar.