8.5
전자 친화도
전자가 기체 원자에 추가될 때 관측되는 에너지의 변화를 전자 친화도라고 부릅니다. 전자 친화도는 원자에 의한 전자 획득의 용이성을 측정합니다. 예를 들어 염소의 전자 친화도는 몰당 348.6킬로 줄입니다.
음의 기호는 발열 변화임을 나타냅니다. 그러나 아르곤은 양의 전자 친화도를 가지고 있어 아르곤 음이온을 형성하려면 에너지를 공급해야 합니다. 일반적으로 원자와 추가된 전자 사이의 인력이 클수록 전자 친화도는 더 큰 음의 값을 가집니다.
전자 친화도는 이온화 에너지와 유사하게 주기율표에서 경향성을 보여줍니다. 1족 아래로 내려가면 전자가 더 높은 주 양자수를 차지함에 따라 원자 크기가 증가합니다. 따라서 추가되는 전자는 핵의 인력을 적게 받으며 결과 전자 친화도가 작은 음의 값을 가집니다.
하지만 예외가 있습니다. 할로겐 족에서 염소는 불소보다 더 큰 음의 전자 친화도 값을 가집니다. 하지만 왜 그럴까요?
불소는 할로겐 족에서 가장 작은 원자이며 추가되는 전자는 이미 존재하는 전자로부터 상당한 반발력을 받게 됩니다. 하지만 염소 음이온에서 새로운 전자는 세 번째 껍질에 추가되면서 더 많은 공간을 차지합니다. 이로부터 전자간 반발력이 감소되어 전자를 더 쉽게 얻을 수 있습니다.
일반적으로 주기를 가로질러 이동하면서 전자 친화도는 점점 더 음의 값을 가집니다. 할로겐은 추가되는 전자가 비활성 기체의 전자 배치를 이루는 데 도움이 되기 때문에 음의 값으로 가장 큰 전자 친화도를 가지고 있습니다. 그에 비해 비활성 기체는 껍질이 완전히 채워져 있습니다.
추가되는 전자는 더 높은 주 에너지 준위로 수용되어야 하며 이것은 에너지 측면에서 불리합니다. 따라서, 이러한 원소에 대한 전자 친화도는 양입니다. 2족은 그에 대한 예외입니다.
전자 배치에 따르면 추가되는 전자는 더 높은 에너지를 가진 부껍질로 들어가야 합니다. 따라서 전자 친화도 값은 양성이거나 덜 발열성입니다. 흥미롭게도 15족은 14족보다 더 작은 음의 전자 친화도를 가집니다.
인과 실리콘을 비교해봅시다. 실리콘과 달리 인은 반쯤 채워진 p-부껍질을 가지고 있고 추가되는 전자는 p-궤도에 이미 존재하는 전자와 쌍을 이루어야 합니다. 이로부터 전자간 반발력은 증가될 것이고 따라서 에너지 측면에서 불리한 과정입니다.
그런 이유로 실리콘에 비해 전자 친화도가 더 작은 음의 값을 가지게 됩니다.
전자 친화도(EA)은 음이온(음이온)을 형성하기 위해 기체 원자에 전자를 추가하는 에너지 변화입니다.
이 과정은 원소에 따라 흡열 또는 발열이 될 수 있습니다. 이 원소 중 다수는 음의 EA 값을 가지며, 이는 기체 원자가 전자를 받아들일 때 에너지가 방출된다는 것을 의미합니다. 그러나 일부 원소의 경우 원자가 음전하를 띠기 위해서는 에너지가 필요하며 EA 값은 양수입니다. 이온화 에너지와 마찬가지로 후속 EA 값은 더 많은 전하를 갖는 이온 형성과 연관됩니다. 두 번째 EA는 2- 이온을 형성하기 위해 음이온에 전자를 추가하는 것과 관련된 에너지입니다.
예상할 수 있듯이 원자의 유효 핵 전하가 증가함에 따라 일련의 원자에 전자를 추가하는 것이 더 쉬워집니다. 일정 기간 동안 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 EA는 더욱 부정적으로 변하는 경향이 있습니다. 2족(2A), 15족(5A) 및 18족(8A)의 원소 중에서 발견되는 예외는 이 족의 전자 구조를 기반으로 이해할 수 있습니다. 18족(8A)족의 비활성 기체는 껍질이 완전히 채워져 있으며 들어오는 전자는 더 높은 n 수준에 추가되어야 하는데 이는 더 어렵습니다. 그룹 2(2A)에는 채워진 ns 부 껍질이 있으므로 추가된 다음 전자는 더 높은 에너지 np로 이동하므로 다시 관찰된 EA 값은 추세가 예측하는 것과 다릅니다. 마지막으로 15족(5A)은 np 부껍질이 절반만 채워져 있고 다음 전자는 기존 np 전자와 쌍을 이루어야 합니다. 이 모든 경우에 전자 구성의 초기 상대 안정성은 EA의 추세를 방해합니다.
각 그룹의 맨 위에 있는 원자가 가장 음의 EA를 가질 것으로 예상할 수 있습니다. 이것의 첫 번째 이온화 잠재력은 이 원자가 가장 큰 유효 핵 전하를 가지고 있음을 시사합니다. 그러나 그룹 아래로 이동하면 그룹의 두 번째 요소가 가장 부정적인 EA를 갖는 경우가 가장 많습니다. 이는 n = 2 껍질의 작은 크기와 그에 따른 큰 전자-전자 반발에 기인할 수 있습니다. 예를 들어, EA 값이 –348 kJ/mol인 염소는 주기율표의 모든 원소 중에서 가장 높은 값을 갖습니다. 불소의 EA는 –322 kJ/mol입니다. 불소 원자에 전자를 추가하여 불소 음이온(F-)을 형성할 때 n = 2 껍질에 전자를 추가합니다. 전자는 핵에 끌리지만, 이 작은 원자가 껍질에 이미 존재하는 다른 전자로부터도 상당한 반발력이 있습니다. 염소 원자는 원자가 껍질에서 동일한 전자 구성을 가지지만, 들어오는 전자가 n = 3 껍질로 들어가기 때문에 훨씬 더 넓은 공간 영역을 차지하고 전자-전자 반발이 감소합니다. 들어오는 전자는 많은 반발을 경험하지 않으며 염소 원자는 추가 전자를 더 쉽게 받아들여 더 음의 EA를 생성합니다.
이 문서는 에서 발췌되었습니다 OpenStax Chemistry 2e, Section 6.5: Periodic Variations in Element Properties.
전자가 기체 원자에 추가될 때 관측되는 에너지의 변화를 전자 친화도라고 부릅니다. 전자 친화도는 원자에 의한 전자 획득의 용이성을 측정합니다. 예를 들어 염소의 전자 친화도는 몰당 348.6킬로 줄입니다.
음의 기호는 발열 변화임을 나타냅니다. 그러나 아르곤은 양의 전자 친화도를 가지고 있어 아르곤 음이온을 형성하려면 에너지를 공급해야 합니다. 일반적으로 원자와 추가된 전자 사이의 인력이 클수록 전자 친화도는 더 큰 음의 값을 가집니다.
전자 친화도는 이온화 에너지와 유사하게 주기율표에서 경향성을 보여줍니다. 1족 아래로 내려가면 전자가 더 높은 주 양자수를 차지함에 따라 원자 크기가 증가합니다. 따라서 추가되는 전자는 핵의 인력을 적게 받으며 결과 전자 친화도가 작은 음의 값을 가집니다.
하지만 예외가 있습니다. 할로겐 족에서 염소는 불소보다 더 큰 음의 전자 친화도 값을 가집니다. 하지만 왜 그럴까요?
불소는 할로겐 족에서 가장 작은 원자이며 추가되는 전자는 이미 존재하는 전자로부터 상당한 반발력을 받게 됩니다. 하지만 염소 음이온에서 새로운 전자는 세 번째 껍질에 추가되면서 더 많은 공간을 차지합니다. 이로부터 전자간 반발력이 감소되어 전자를 더 쉽게 얻을 수 있습니다.
일반적으로 주기를 가로질러 이동하면서 전자 친화도는 점점 더 음의 값을 가집니다. 할로겐은 추가되는 전자가 비활성 기체의 전자 배치를 이루는 데 도움이 되기 때문에 음의 값으로 가장 큰 전자 친화도를 가지고 있습니다. 그에 비해 비활성 기체는 껍질이 완전히 채워져 있습니다.
추가되는 전자는 더 높은 주 에너지 준위로 수용되어야 하며 이것은 에너지 측면에서 불리합니다. 따라서, 이러한 원소에 대한 전자 친화도는 양입니다. 2족은 그에 대한 예외입니다.
전자 배치에 따르면 추가되는 전자는 더 높은 에너지를 가진 부껍질로 들어가야 합니다. 따라서 전자 친화도 값은 양성이거나 덜 발열성입니다. 흥미롭게도 15족은 14족보다 더 작은 음의 전자 친화도를 가집니다.
인과 실리콘을 비교해봅시다. 실리콘과 달리 인은 반쯤 채워진 p-부껍질을 가지고 있고 추가되는 전자는 p-궤도에 이미 존재하는 전자와 쌍을 이루어야 합니다. 이로부터 전자간 반발력은 증가될 것이고 따라서 에너지 측면에서 불리한 과정입니다.
그런 이유로 실리콘에 비해 전자 친화도가 더 작은 음의 값을 가지게 됩니다.
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