Affinit elettronica

Quando un elettrone viene aggiunto ad un atomo gassoso, si osserva un cambiamento di energia, detto affinità elettronica. L'affinità degli elettroni misura la facilità di ottenere un elettrone da un atomo. Per esempio, l'affinità degli elettroni del cloro è di 348, 6 kilojoule per mole.

Il segno negativo indica che si tratta di un cambiamento esotermico. L'argon, tuttavia, ha un'affinità degli elettroni positiva, indicando che la formazione di un anione argon richiede energia, che deve essere rifornita. In generale, maggiore è l'attrazione fra un atomo e un elettrone aggiunto, più negativa è l'affinità degli elettroni.

Le affinità degli elettroni, simili alle energie di ionizzazione, mostrano un andamento nella tavola periodica. Scendendo nel gruppo 1, la dimensione atomica aumenta man mano che gli elettroni occupano numeri quantici principali più elevati. Gli elettroni in entrata, quindi, sperimentano meno attrazione nucleare, che porta ad affinità degli elettroni meno negative.

Tuttavia, ci sono delle eccezioni. Negli alogeni, il cloro ha un valore di affinità degli elettroni più negativo del fluoro. Ma perché?

Il fluoro è l'atomo più piccolo degli alogeni e un elettrone in arrivo subisce una repulsione significativa dagli elettroni già presenti. Nell'anione cloruro, tuttavia, il nuovo elettrone viene aggiunto nel terzo guscio, occupando più spazio. Questo riduce le repulsioni elettrone-elettrone, rendendo più facile l'acquisizione di un elettrone.

Generalmente, spostandosi lungo la tavola periodica, le affinità degli elettroni diventano più negative. Gli alogeni hanno le affinità degli elettroni più negative, poiché l'elettrone in arrivo aiuta a ottenere configurazioni di gas nobili. A confronto, i gas nobili hanno un guscio completamente pieno.

L'elettrone in arrivo deve essere sistemato nel livello di energia principale più elevato, che è energicamente sfavorevole. Pertanto, le affinità degli elettroni per questi elementi sono positive. Il gruppo 2 mostra eccezioni.

La configurazione elettronica indica che l'elettrone in arrivo deve entrare in un subshell ad alta energia. Pertanto, i valori di affinità degli elettroni sono positivi o meno esotermici. È interessante notare che il gruppo 15 ha affinità degli elettroni meno negative rispetto al gruppo 14.

Confrontiamo fosforo e silicio. A differenza del silicio, il fosforo ha un subshell riempito a metà e l'elettrone in arrivo dovrà essere accoppiato con un elettrone già residente nell'orbitale p. Ciò aumenterebbe le repulsioni elettrone-elettrone, risultando in un processo energicamente sfavorevole, che si riflette anche nell'affinità degli elettroni maggiore rispetto al silicio.