Elektrónová afinita

Elektrónová afinita sa pýta na zmenu energie pri pripojení elektrónu k izolovanému atómu v plynnej fáze. V konvencii Mendeleev.com kladná hodnota znamená energiu uvoľnenú v procese X(g) + e⁻ → X⁻(g). V termochemických tabuľkách môže byť ten istý exotermický dej uvedený ako záporné ΔH, preto treba znamienkovú konvenciu vždy overiť.

N: 2p3O: 2p4F: 2p5↑↑↑↑↓↑↑↑↓↑↓↑2p32p42p5

Definícia a znamienko

Prvá afinita sa týka neutrálneho plynného atómu. Nie je to elektronegativita a neopisuje priamo atóm v molekule. Je to energia jedného presne definovaného deja pripojenia elektrónu.

Dve tabuľky môžu pre tú istú fyziku uvádzať opačné znamienka, ak jedna definuje „uvoľnenú energiu“ a druhá zmenu entalpie systému. Číslo bez uvedenej konvencie je preto neúplné.

Periodický trend dáva zmysel, ale nie je hladký

Naprieč periódou rastúci Z_eff obyčajne podporuje pripojenie elektrónu, pretože valenčný orbitál je silnejšie priťahovaný. Súčasne záleží na veľkosti orbitálu, tienení a odpudzovaní elektrónov.

Halogény mávajú veľmi priaznivé prvé afinity, pretože ďalší elektrón uzatvára podvrstvu p. Vzácne plyny majú uzavretú vrstvu a ďalší elektrón by musel vstúpiť do novej, vyššie položenej hlavnej vrstvy.

Preveďte energiu na mol

Výnimky odhaľujú obsadenie orbitálov

Dusík má polozaplnené 2p³. Pridaný elektrón by sa musel spárovať v už obsadenom orbitáli a zvýšiť odpudzovanie, preto N vybočuje z jednoduchého trendu. Podobný efekt nastáva pri zaplnených podvrstvách s.

Chlór má priaznivejšiu prvú afinitu než fluór, hoci fluór leží vyššie v skupine. Veľmi kompaktná oblasť 2p fluóru vytvára silné odpudzovanie pre prichádzajúci elektrón; priestrannejší 3p chlóru dáva výhodnejšiu bilanciu.

Druhý elektrón je iný proces

Druhé pripojenie má tvar X⁻(g) + e⁻ → X²⁻(g). Elektrón sa pridáva k už zápornému iónu, takže v plynnej fáze je tento krok energeticky nevýhodný pre elektrostatické odpudzovanie.

To neznamená, že ióny O²⁻ alebo S²⁻ nemôžu byť stabilné v pevných látkach. Mriežková energia, solvatácia a ostatné kroky úplnej reakcie môžu nepriaznivý druhý plynný krok viac než vykompenzovať.

Nezamieňajte s elektronegativitou ani redukčným potenciálom

Elektronegativita je škála príťažlivosti väzbových elektrónov v chemickom prostredí. Elektrónová afinita je zmena energie izolovaného plynného atómu. Obe veličiny súvisia s elektrónovou štruktúrou, ale nie sú zameniteľné.

Štandardný redukčný potenciál patrí celej polreakcii za určených podmienok a súvisí s voľnou energiou. Zahŕňa väzby, solvatáciu, fázy a často viac elektrónov; nemožno ho predpovedať iba z atómovej afinity.

Vyriešené príklady

1. F alebo Cl?

Riešenie

Cl. Veľmi kompaktný orbitál 2p fluóru zvyšuje odpudzovanie pridaného elektrónu; väčší orbitál 3p chlóru dáva priaznivejšiu bilanciu.

2. Prečo dusík vybočuje z trendu?

Riešenie

N má polozaplnené 2p³. Pridaný elektrón sa musí začať párovať, takže rastie odpudzovanie elektrón–elektrón.

3. Ako môže existovať O²⁻?

Riešenie

Druhé plynné pripojenie je nevýhodné, ale mriežková energia alebo solvatácia môže urobiť celý proces tvorby zlúčeniny energeticky priaznivým.