powinowactwo elektronów i jego pomiar i zmienność
powinowactwo elektronów (EA) lub entalpia wzmocnienia elektronów lub po prostu powinowactwo w układzie okresowym definiuje się jako ilość energii uwolnionej lub wyzwolonej, gdy elektron dodany do izolowanego neutralnego atomu gazowego na najniższym poziomie energii (stan gruntu) w celu wytworzenia jonu ujemnego lub anionu., W energii jonizacji, energia dostarczana do usunięcia jednego, dwóch i więcej elektronów z atomu lub kationu, ale w powinowactwach elektronowych, energia uwalniana z dodatkiem jednego lub więcej elektronów w atomie lub anionie. Powinowactwo elektronów jest reakcją egzotermiczną ze znakiem ujemnym zgodnie ze zwyczajową konwencją termodynamiki w chemii, ale pomiar powinowactwa zawsze ma wartość dodatnią. Wartość powinowactwa mierzona przez jednostkę eV na atom lub kJ mol-1 i ma wpływ na rozmiar atomowy, ekranujący elektron i elektroniczną konfigurację lub strukturę atomu lub jonu.,
Affinities również mierzyć poprzez bezpośrednie badanie wychwytywania elektronów z ogrzewanych włókien. Druga metoda określiła liczbę neutralnych atomów, jonów i elektronów za pomocą spektrometru masowego w widmie promieniowania elektromagnetycznego., Daje to standardową energię swobodną dla reakcji równowagi. Energia swobodna obliczona z zależności temperatury stałej równowagi.
pytanie: obliczyć powinowactwo elektronowe chloru z danych cyklu Borna — Habera. Energia sieci krystalicznej chlorku sodu = – 774 kJ mol-1, energia jonizacji sodu = 495 kJ mol-1, ciepło sublimacji sodu = 108 kJ mol-1, energia wiązania chloru = 240 kJ mol-1 i ciepło formowania chlorku sodu = 410 kJ mol-1.,
odpowiedź: równanie cyklu Borna — Habera do tworzenia kryształu chlorku sodu
– UNaCl-IENa + EACl – SNA — ½DCl-ΔHf = 0
or, ECl = UNaCl + IENa + SNa +½DCl + ΔHf
>= — 774 + 495 + 108 + 120 + 410
= 359 kJ mol-1
wpływające na trendy powinowactwa elektronów
wielkość EA pod wpływem promieniowania atomowego, efektu ekranowania i struktury elektronicznej lub konfiguracji atomu lub jonu.
Promień atomów i powinowactwo atomów
większy rozmiar atomów mniejsza tendencja atomów do przyciągania dodatkowych elektronów do siebie., Co zmniejsza siłę przyciągania wywieraną przez jądro atomu. Dlatego powinowactwa elektronów zmniejszają się wraz ze wzrostem wielkości lub promienia atomu.
efekt ekranowania i powinowactwo
większa wielkość efektywnego ładunku jądrowego (Zeff) większa tendencja do przyciągania dodatkowych elektronów do siebie. Dlatego większa siła przyciągania wywierana przez jądro atomu. W rezultacie wyższa energia uwalniana, gdy dodatkowe elektrony dodawane do atomu., Stąd wielkość powinowactwa elektronowego pierwiastków okresowych wzrasta wraz ze wzrostem efektywnego ładunku jądrowego atomu.
struktura elektronowa i powinowactwo
wielkość powinowactwa elektronowego zależy od struktury elektronowej atomów. Dlatego elementy posiadające, NS2, NP6 valence Shell configuration posiadają bardzo niską wartość powinowactwa ze względu na stabilną konfigurację valence shell. Na przykład atom wodoru przy uzyskaniu jednego elektronu do utworzenia jonu H (1s2) ma bardzo niskie powinowactwo elektronowe (73 kJ mol-1) i tworzy stabilny wodorek alkaliczny., Polaryzacja jonów wodorkowych jest bardzo wysoka.
pytanie: należy uwzględnić duży spadek powinowactwa elektronowego między litem a berylem.
odpowiedź: liczba atomowa i konfiguracja elektroniczna litu i berylu to odpowiednio 1s2 2S1 (3) i 1S2 2s2. Dlatego lit ma niekompletnie wypełnioną subshell 2s, podczas gdy Beryl ma wypełnioną subshell. W związku z tym lit może odbierać elektrony w sub-powłoce 2s, ale dla berylu, jeszcze wyższy poziom energii 2p. Stąd beryl jest odporny na uzyskanie dodatkowych elektronów na wyższym poziomie energetycznym lub orbitalach 2P.,
pytanie: dlaczego powinowactwo elektronowe azotu jest mniejsze niż fosforu?
odpowiedź: Konfiguracja elektronowa azotu i fosforu 1s2 2s2 2P3 i 1s2 2s2 2p6 3S2 3P3. Ze względu na mniejszy rozmiar atomu azotu, gdy dodatkowy elektron dodaje się do stabilnej półfabrykatu 2P pewną ilość energii wymaganej. Stąd powinowactwo elektronowe azotu jest ujemne. Z drugiej strony, ze względu na większy rozmiar fosforu w porównaniu z azotem, niewielka ilość energii uwalnianej, gdy elektron dodaje się do stabilnej półfabrykatu 3P.,
Trendy powinowactwa elektronowego w układzie okresowym
kiedy poruszamy się w dół grupy w układzie okresowym, wielkość atomów na ogół wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej. Stąd wielkość powinowactwa elektronów na ogół maleje w tym samym kierunku.
elementy drugiego okresu mają stosunkowo mniejsze rozmiary niż elementy trzeciego okresu. Ale wartości powinowactwa elektronów pierwiastków drugiego okresu są mniejsze niż pierwiastków trzeciego okresu. Te nieoczekiwane zachowanie wyjaśniono gęstościami ładunku dla odpowiednich jonów ujemnych., Ze względu na dużą wartość gęstości elektronów przeciwstawionych międzyelektronicznym siłom odpychania.
pytanie: dlaczego powinowactwo elektronowe fluoru jest niższe niż atom chloru?
odpowiedź: niższe wartości powinowactwa atomu fluoru z powodu odpychania elektronicznego w zwartym orbitalu 2p. Dlatego trendy powinowactwa dla atomów halogenowych są F <Cl>Br> I.
pytanie: dlaczego powinowactwo elektronów berylu i magnezu jest prawie zerowe?,
odpowiedź: Beryl i magnez mają całkowicie wypełnioną obudowę s-Sub z konfiguracją elektroniczną, 1s2 2S2 i 1S2 2S2 2P6 3S2. Dlatego dodatkowe elektrony będą wchodzić w 2p-subshell berylu i 3P-subshell w przypadku magnezu. Opiera się to wychwytywaniu elektronów w nowym wyższym poziomie energii kwantowej.
Właściwości utleniające i powinowactwa elektronowe
halogen ma duże powinowactwa wskazujące na silną tendencję do zbierania elektronów lub działania jako silne środki utleniające., Gęstość ładunku fluoru jest większa niż atom chloru ze względu na niewielki rozmiar atomu fluoru. Dlatego powinowactwo elektronowe chloru jest większe niż atom fluoru. Oznacza to, że chlor powinien być najsilniejszym środkiem utleniającym. W rzeczywistości fluor okazał się najsilniejszym środkiem utleniającym wśród wszystkich elementów środowiska., Dlatego utleniające trendy halogenów, F > Cl > Br > I ale affinities trendy, F < Cl > br > I. moc utleniająca atomów halogenów tłumaczy potencjałem utleniania reakcji redoks i energią dysocjacji wiązania atomów halogenów.
- wraz ze wzrostem potencjału chemicznego (E0) wzrasta również moc utleniająca. Wartości E0 dla cząsteczki halogenowej jak F2 = -186,6 kcal/mol, Cl2 = -147,5 kcal / mol, Br2 = -136.,5 kcal/mol, I2 = 122,6 kcal / mol. Wartość ta pokazuje, że wartości E0 cząsteczki fluryny są najwyższe, dlatego fluryna jest najsilniejszym środkiem utleniającym.
- najsilniejsza właściwość utleniająca tłumaczy się również małą wartością energii dysocjacji wiązania chemicznego cząsteczki fluoru. Energie dysocjacji niespolarnej cząsteczki halogenów, F2 = 1,64 eV/mol, Cl2 = 2,48 eV/mol, Br2 = 2,00 eV/mol, I2 = 1,56 EV/mol.
powinowactwo elektronowe gazów szlachetnych
Konfiguracja elektronowa powłoki (Ns2np6) gazów obojętnych jest całkowicie wypełniona przez elektrony., Dlatego przychodzący elektron musi przejść do następnego wyższego poziomu energetycznego lub głównej liczby kwantowej i wartości powinowactwa gazów obojętnych równe zero. Również energia jądrowa gazów szlachetnych nie jest wystarczająco wysoka, aby utrzymać elektron w nowych poziomach energii kwantowej i dane o powinowactwie w nauce chemii cząsteczek gazu szlachetnego są niedostępne.