Elektroniaffiniteetti
Elektroniaffiniteetti kuvaa energian muutosta, kun kaasumainen atomi vastaanottaa elektronin. Merkkisopimus, orbitaalirakenne ja elektronien keskinäinen hylkiminen ratkaisevat tulkinnan.
Perusajatus ja määritelmä
Ensimmäinen elektronin vastaanotto kirjoitetaan X(g)+e⁻→X⁻(g). Merkkisopimus on tärkeä: Mendeleev esittää vapautuvan energian positiivisena elektroniaffiniteettina, vaikka joissakin lähteissä saman prosessin energiamuutos merkitään vastakkaisella merkillä.
X(g)+e⁻→X⁻(g) kuvaa ensimmäistä elektronin vastaanottoa
Tämä seuraa mallista eikä ole irrallinen muistisääntö. Suureet kannattaa kirjoittaa näkyviin ja tarkistaa sekä yksiköt että fysikaalinen raja-arvo.
Cl vapauttaa noin 3,6 eV
Kohta ymmärretään parhaiten, kun symbolinen yhteys yhdistetään siihen elektroni- tai ydinrakenteeseen, joka todella muuttuu. Pelkkä trendi on helppo yleistää väärin.
Jalokaasut eivät noudata yksinkertaista trendiä
Laskussa merkki ja vertailutila määritetään ennen lukujen sijoittamista. Näin sama symboli ei saa huomaamatta kahta eri fysikaalista merkitystä.
Fotodetachment mittaa elektronin sitoutumisenergiaa
Yhteys toimii hyvänä johdonmukaisuustestinä: tuloksen on sovittava säilymislakeihin, sallittuihin kvanttitiloihin ja oikeaan suuruusluokkaan.
Mekanismi ja kvantitatiivinen malli
Halogeenit vapauttavat paljon energiaa, mutta Cl≈3,6 eV on suurempi kuin F≈3,3 eV. Fluorin kompakti 2p-tila lisää elektronien keskinäistä hylkimistä, joten yksinkertainen sääntö pienemmästä atomista ei riitä.
Merkkisopimus on ilmoitettava
Yhteys toimii hyvänä johdonmukaisuustestinä: tuloksen on sovittava säilymislakeihin, sallittuihin kvanttitiloihin ja oikeaan suuruusluokkaan.
F vapauttaa noin 3,3 eV
Keskimääräinen malli voi kuvata trendin olematta yhden paikallisen suureen suora mittaus. Tämä ero on tärkeä erityisesti monielektronisissa atomeissa.
Toinen elektronin lisäys anioniin on usein epäedullinen
Hyvä selitys erottaa syyn ja korrelaation. Paikka jaksollisessa järjestelmässä näyttää kuvion, mutta orbitaalirakenne ja varjostus selittävät sen mekanismin.
Mitä havainnot ja laskut kertovat
Typen 2p³ on puolitäysi ja erityisen vakaa, joten lisäelektroni aloittaa parittumisen. Jalokaasuilla uusi elektroni joutuisi seuraavaan kuoreen. Molemmat tapaukset osoittavat, että orbitaalien täyttö määrää poikkeuksia.
Mendeleev käyttää positiivista arvoa vapautuvalle energialle
Ideaalimallin lisäksi on tiedettävä, mikä kokeessa voi muuttaa havaintoa: viritystilat, ympäristö, ilmaisimen hyötysuhde tai monihiukkasvaikutukset.
Cl voi ylittää F:n kompaktin 2p-kuoren hylkimisen vuoksi
Vertaa aina läheiseen tapaukseen. Se paljastaa, johtuuko muutos Z:sta, n:stä, parittumisesta, penetraatiosta vai toisesta mekanismista.
O⁻ + e⁻ → O²⁻ vaatii kaasufaasissa energiaa
Tämä seuraa mallista eikä ole irrallinen muistisääntö. Suureet kannattaa kirjoittaa näkyviin ja tarkistaa sekä yksiköt että fysikaalinen raja-arvo.
Rajoitukset ja yhteydet
Toinen elektronin vastaanotto O⁻+e⁻→O²⁻ vaatii kaasufaasissa energiaa, koska negatiivinen ioni hylkii lisäelektronia. Ionikiteessä suuri hilaenergia voi silti tehdä O²⁻-tilasta erittäin vakaan.
Halogeeneilla on yleensä suuri elektroniaffiniteetti
Kohta ymmärretään parhaiten, kun symbolinen yhteys yhdistetään siihen elektroni- tai ydinrakenteeseen, joka todella muuttuu. Pelkkä trendi on helppo yleistää väärin.
N:n puolitäysi 2p-rakenne on erityisen vakaa
Laskussa merkki ja vertailutila määritetään ennen lukujen sijoittamista. Näin sama symboli ei saa huomaamatta kahta eri fysikaalista merkitystä.
Hilaenergia voi silti stabiloida O²⁻:n kiinteässä aineessa
Yhteys toimii hyvänä johdonmukaisuustestinä: tuloksen on sovittava säilymislakeihin, sallittuihin kvanttitiloihin ja oikeaan suuruusluokkaan.
Ratkaistuja esimerkkejä
Tehtävä 1
Cl vapauttaa 3,6 eV atomia kohti. Muunna kJ/mol, kun 1 eV≈96,5 kJ/mol.
Ratkaisu
3,6×96,5≈347 kJ/mol vapautuvaa energiaa.
Tehtävä 2
F≈3,3 eV ja Cl≈3,6 eV. Miksi Cl voi olla suurempi?
Ratkaisu
Fluorin kompakti 2p-orbitaali lisää uuden elektronin hylkimistä.
Tehtävä 3
Miksi O⁻+e⁻→O²⁻ vaatii kaasufaasissa energiaa, vaikka O²⁻ on tavallinen suoloissa?
Ratkaisu
Toinen elektroni kohtaa anionin hylkimisen; kiteessä suuri hilaenergia stabiloi O²⁻:n.
Ensimmäinen elektronin vastaanotto kirjoitetaan X(g)+e⁻→X⁻(g). Merkkisopimus on tärkeä: Mendeleev esittää vapautuvan energian positiivisena elektroniaffiniteettina, vaikka joissakin lähteissä saman prosessin energiamuutos merkitään vastakkaisella merkillä. Halogeenit vapauttavat paljon energiaa, mutta Cl≈3,6 eV on suurempi kuin F≈3,3 eV. Fluorin kompakti 2p-tila lisää elektronien keskinäistä hylkimistä, joten yksinkertainen sääntö pienemmästä atomista ei riitä. Typen 2p³ on puolitäysi ja erityisen vakaa, joten lisäelektroni aloittaa parittumisen. Jalokaasuilla uusi elektroni joutuisi seuraavaan kuoreen. Molemmat tapaukset osoittavat, että orbitaalien täyttö määrää poikkeuksia. Toinen elektronin vastaanotto O⁻+e⁻→O²⁻ vaatii kaasufaasissa energiaa, koska negatiivinen ioni hylkii lisäelektronia. Ionikiteessä suuri hilaenergia voi silti tehdä O²⁻-tilasta erittäin vakaan.