Elektronowe powinowactwo Jak to zmienia się w układzie okresowym i przykładach



The powinowactwo elektroniczne lub elektro-powinowactwo jest miarą zmienności energii atomu w fazie gazowej, gdy wprowadza elektron do swojej powłoki walencyjnej. Po uzyskaniu elektronu przez atom A, powstały anion A- może być bardziej stabilny lub nie niż jego stan podstawowy. Dlatego ta reakcja może być endotermiczna lub egzotermiczna.

Zgodnie z konwencją, gdy wzmocnienie elektronu jest endotermiczne, dodatni znak „+” jest przypisywany wartości powinowactwa elektronicznego; zamiast tego, jeśli jest egzotermiczna - to znaczy uwalnia energię - ta wartość otrzymuje znak ujemny „-”. W jakich jednostkach wyrażone są te wartości? W kJ / mol lub w eV / atomie.

Gdyby element był w fazie ciekłej lub stałej, ich atomy oddziaływałyby ze sobą. Spowodowałoby to rozproszenie energii zaabsorbowanej lub uwolnionej z powodu elektronicznego wzmocnienia wśród wszystkich, dając niewiarygodne wyniki.

Natomiast w fazie gazowej zakłada się, że są one izolowane; Innymi słowy, nie wchodzą w interakcje z niczym. Następnie atomy biorące udział w tej reakcji to: A (g) i A-(g) Tutaj (g) oznacza, że ​​atom znajduje się w fazie gazowej.

Indeks

  • 1 Pierwsze i drugie powinowactwo elektroniczne
    • 1.1 Najpierw
    • 1,2 sekundy
  • 2 Jak powinowactwo elektroniczne zmienia się w układzie okresowym
    • 2.1 Zmienność rdzenia i efekt ekranowania
    • 2.2 Zmiana według konfiguracji elektronicznej
  • 3 Przykłady
    • 3.1 Przykład 1
    • 3.2 Przykład 2
  • 4 odniesienia

Pierwsze i drugie powinowactwo elektroniczne

Po pierwsze

Reakcja wzmocnienia elektronicznego może być przedstawiona jako:

A (g) + e- => A-(g) + E lub jako A (g) + e- + E => A-(g)

W pierwszym równaniu E (energia) znajduje się jako produkt po lewej stronie strzałki; aw drugim równaniu energia jest liczona jako reaktywna, znajdująca się po prawej stronie. Oznacza to, że pierwszy odpowiada egzotermicznemu wzmocnieniu elektronicznemu, a drugi elektronicznemu wzmocnieniu endotermicznemu.

Jednak w obu przypadkach jest to tylko elektron, który dodaje do powłoki walencyjnej atomu A.

Po drugie

Możliwe jest również, że po utworzeniu jonu ujemnego A-, ponownie pochłania inny elektron:

A-(g) + e- => A2-(g)

Jednak wartości drugiego powinowactwa elektronicznego są dodatnie, ponieważ elektrostatyczne odpychanie między jonem ujemnym A musi zostać pokonane- i nadchodzący elektron i-.

Co decyduje o tym, że atom gazowy „otrzymuje” elektron lepiej? Odpowiedź leży zasadniczo w jądrze, w efekcie ekranowania wewnętrznych warstw elektronicznych i w warstwie walencyjnej.

Jak powinowactwo elektroniczne zmienia się w układzie okresowym

Na górnym obrazie czerwone strzałki wskazują kierunki, w których elektronowe powinowactwo elementów wzrasta. Stąd możemy zrozumieć powinowactwo elektroniczne jako jedną z właściwości okresowych, z osobliwością, która przedstawia wiele wyjątków.

Elektroniczne powinowactwo wzrasta w górę poprzez grupy i podobnie wzrasta od lewej do prawej strony układu okresowego, zwłaszcza w pobliżu atomu fluoru. Ta właściwość jest ściśle związana z promieniem atomowym i poziomami energii jego orbitali.

Zmienność rdzenia i efekt ekranowania

Jądro ma protony, które są dodatnio naładowanymi cząstkami, które wywierają siłę przyciągania na elektrony atomu. Im bliższe są elektrony w jądrze, tym większa jest ich atrakcyjność. Tak więc, gdy odległość od jądra do elektronów wzrasta, siły przyciągania są mniejsze.

Ponadto elektrony warstwy wewnętrznej pomagają „osłaniać” wpływ jądra na elektrony najbardziej zewnętrznych warstw: elektrony walencyjne.

Wynika to z samych odpychania elektronicznego wśród ich ujemnych ładunków. Efektowi temu przeciwdziała jednak wzrost liczby atomowej Z.

Jaki jest związek między pierwszym a elektronowym powinowactwem? Że atom gazowy A będzie miał większą tendencję do pozyskiwania elektronów i tworzenia stabilnych jonów ujemnych, gdy efekt ekranowania jest większy niż odpychanie między przychodzącym elektronem a tymi z warstwy walencyjnej.

Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy elektrony są bardzo oddalone od jądra, a odpychanie między nimi nie wpływa niekorzystnie na wzmocnienie elektroniczne.

Na przykład, gdy schodzimy do grupy, „nowe” poziomy energii zostają „otwarte”, co zwiększa odległość między jądrem a zewnętrznymi elektronami. Z tego powodu, kiedy grupy wznoszące się zwiększają powinowactwa elektroniczne.

Zmiana według konfiguracji elektronicznej

Wszystkie orbitale mają swoje poziomy energetyczne, więc jeśli nowy elektron zajmie orbitę o wyższej energii, atom będzie musiał absorbować energię, aby było to możliwe.

Ponadto sposób, w jaki elektrony zajmują orbitale, może, ale nie musi, faworyzować wzmocnienie elektroniczne, rozróżniając w ten sposób różnice między atomami..

Na przykład, jeśli wszystkie elektrony są niesparowane na orbitali p, włączenie nowego elektronu spowoduje utworzenie dopasowanej pary, która wywiera siły odpychające na inne elektrony.

Tak jest w przypadku atomu azotu, którego powinowactwo elektronowe (8 kJ / mol) jest niższe niż w przypadku atomu węgla (-122 kJ / mol).

Przykłady

Przykład 1

Pierwsze i drugie powinowactwo elektroniczne do tlenu to:

O (g) + e- => O-(g) + (141 kJ / mol)

O-(g) + e- + (780 kJ / mol) => O2-(g)

Konfiguracja elektroniczna dla O wynosi 1s22s22p4. Istnieje już sparowana para elektronów, która nie może pokonać siły przyciągania jądra; dlatego elektroniczne wzmocnienie uwalnia energię po utworzeniu stabilnego jonu-.

Jednak chociaż O2- ma taką samą konfigurację jak neonowy gaz szlachetny, jego odpychanie elektroniczne przekracza siłę przyciągania jądra, a aby umożliwić wejście elektronu, konieczne jest wkład energetyczny.

Przykład 2

Jeśli porównasz pokrewieństwa elektroniczne elementów grupy 17, otrzymasz:

F (g) + e- = F-(g) + (328 kJ / mol)

Cl (g) + e- = Cl-(g) + (349 kJ / mol)

Br (g) + e- = Br-(g) + (325 kJ / mol)

I (g) + e- = Ja-(g) + (295 kJ / mol)

Od góry do dołu - schodząc w dół grupy - zwiększają się promienie atomowe, a także odległość między jądrem a elektronami zewnętrznymi. Powoduje to wzrost powinowactwa elektronicznego; jednak fluor, który powinien mieć największą wartość, jest przekraczany przez chlor.

Dlaczego? Ta anomalia demonstruje efekt odpychania elektronów na siłę przyciągania i niskie ekranowanie.

Ponieważ jest to bardzo mały atom, fluor „kondensuje” wszystkie swoje elektrony w małej objętości, powodując większe odpychanie przychodzącego elektronu w przeciwieństwie do jego większej masy (Cl, Br i I).

Referencje

  1. Chemia LibreTexts. Powinowactwo elektronowe. Źródło: 4 czerwca 2018 r. Z: chem.libretexts.org
  2. Jim Clark (2012). Powinowactwo elektronowe. Źródło: 4 czerwca 2018 r. Z: chemguide.co.uk
  3. Carl R. Nave. Powinowactwa elektronowe elementów grupy głównej. Źródło: 4 czerwca 2018 r. Z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  4. Prof. N. De Leon. Powinowactwo elektronowe. Źródło: 4 czerwca 2018 r. Z: iun.edu
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 maja 2016 r.). Definicja powinowactwa elektronowego. Źródło: 4 czerwca 2018 r. Z: thoughtco.com
  6. Cdang (3 października 2011 r.). Układ okresowy powinowactwa elektronowego. [Rysunek] Źródło: 4 czerwca 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
  7. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning, str. 227-229.
  8. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna (Czwarte wydanie, strona 29). Mc Graw Hill.