Powinowactwo elektronowe

Kiedy elektron jest dodawany do atomu gazowego, obserwuje się zmianę energii zwaną powinowactwem elektronowym. Powinowactwo elektronowe mierzy łatwość uzyskania elektronu przez atom .

Na przykład powinowactwo elektronowe chloru wynosi −348,6 kJ/mol. Znak ujemny wskazuje, że jest to zmiana egzotermiczna.

Argon ma jednak dodatnie powinowactwo elektronowe, co wskazuje, że powstanie anionu argonu wymaga dostarczenia energii. 

Ogólnie rzecz biorąc, im większe przyciąganie między atomem a dodanym elektronem, tym bardziej ujemne powinowactwo elektronowe. Powinowactwo elektronowe, podobne do energii jonizacji, pokazuje trendy w układzie okresowym pierwiastków. 

Przesuwając się w dół grupy 1, rozmiar atomu wzrasta, gdy elektrony zajmują wyższe główne liczby kwantowe. Przychodzące elektrony doświadczają zatem mniejszego przyciągania jądrowego, co prowadzi do mniejszego ujemnego powinowactwa elektronowego. 

Są jednak wyjątki. W halogenach chlor ma bardziej ujemną wartość powinowactwa elektronowego niż fluor. Ale dlaczego?

Fluor jest najmniejszym atomem halogenów, a nadlatujący elektron doświadcza znacznego odpychania od już obecnych elektronów.

Jednak w anionie chlorkowym nowy elektron jest dodawany do trzeciej powłoki, zajmującej więcej miejsca. Zmniejsza to odpychanie elektron-elektron, czyniąc go bardziej atrakcyjnym dla uzyskania elektronu.

Ogólnie rzecz biorąc, poruszając się w okresie, powinowactwa elektronowe stają się bardziej ujemne. Halogeny mają największe ujemne powinowactwo elektronowe, ponieważ przychodzący elektron pomaga osiągnąć konfiguracje gazów szlachetnych.

Dla porównania, gazy szlachetne mają całkowicie wypełnioną powłokę. Przychodzący elektron musi być zaakomodowany na wyższym poziomie energii głównej, który jest energetycznie niekorzystny. Zatem powinowactwo elektronowe do tych pierwiastków jest dodatnie.

Grupa 2 pokazuje wyjątki. Konfiguracja elektronowa wskazuje, że przychodzący elektron musi wejść do podpowłoki o wyższej energii. Zatem wartości powinowactwa elektronowego są albo dodatnie, albo mniej egzotermiczne. 

Co ciekawe, grupa 15 ma mniej ujemnego powinowactwa elektronowego niż grupa 14. Porównaj fosfor i krzem. W przeciwieństwie do krzemu, fosfor ma w połowie wypełnioną podpowłokę p, a przychodzący elektron musi być sparowany z elektronem już znajdującym się na orbicie p. 

Zwiększyłoby to odpychanie elektronów i dlatego jest to proces niekorzystny energetycznie, co znajduje również odzwierciedlenie w mniej ujemnym powinowactwie elektronowym w porównaniu z krzemem.