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8.5:

Elektronenaffinität

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Chemistry
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Electron Affinity

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Wenn ein Elektron zu einem gasförmigen Atom hinzugefügt wird, beobachtet man eine Energieänderung, Elektronaffinität genannt. Elektronenaffinität misst die Leichtigkeit, ein Elektron durch ein Atom zu gewinnen. Zum Beispiel beträgt die Elektronenaffinität von Chlor 348, 6 kJ/mol.Das negative Vorzeichen zeigt an, dass es sich um eine exotherme Umsetzung handelt. Argon hat jedoch eine positive Elektronenaffinität, die darauf hinweist, dass die Bildung eines Argon-Anions die Bereitstellung von Energie erfordert. Im Allgemeinen gilt:Je größer die Anziehungskraft zwischen einem Atom und einem hinzugefügtem Elektron, desto negativer ist die Elektronenaffinität.Elektronenaffinitäten, ähnlich den Ionisationsenergien, zeigen Trends im Periodensystem auf. Nach unten in Gruppe 1, nimmt die atomare Größe zu, wenn die Elektronen höhere Hauptquantenzahlen besetzen. Eingehende Elektronen, erleben daher weniger Kernanziehung, was zu weniger negativen Elektronenaffinitäten führt.Es gibt jedoch Ausnahmen. Bei den Halogenen hat Chlor einen negativeren Elektronenaffinitätswert als Fluor. Aber warum?Fluor ist das kleinste Atom unter den Halogenen und ein eintreffendes Elektron erlebt eine deutliche Abstoßung der bereits vorhandenen Elektronen. Im Chlorid-Anion hingegen wird das neue Elektron in der dritten Hülle eingefügt und nimmt mehr Platz ein. Dadurch werden die Elektron-Elektron-Abstoßungen verringert, wodurch es für ein Elektron attraktiver wird, aufgenommen zu werden.Im Allgemeinen gilt das in einer Periode, die Elektronenaffinitäten negativer werden. Halogene haben die negativsten Elektronenaffinitäten, da das einströmende Elektron zum Erreichen der Edelgaskonfiguration beiträgt. Im Vergleich dazu haben Edelgase eine vollständig gefüllte Hülle.Das ankommende Elektron muss in der höheren Hauptenergieebene untergebracht werden, was energetisch gesehen ungünstig ist. Daher sind die Elektronenaffinitäten für diese Elemente positiv. Gruppe 2 zeigt Ausnahmen.Die Elektronenkonfiguration zeigt an, dass das ankommende Elektron in eine Unterschale mit höherer Energie eintreten muss. Daher sind die Elektronenaffinitätswerte entweder positiv oder weniger exotherm. Interessanterweise hat Gruppe 15 weniger negative Elektronenaffinitäten als Gruppe 14.Vergleichen Sie Phosphor und Silizium. Anders als Silizium, hat Phosphor eine halbgefüllte p Unterschale und das aufgenommene Elektron muss sich mit einem Elektron paaren, das sich bereits im p-Orbital befindet. Dies würde die Elektron-Elektron-Abstoßungen erhöhen und ist daher ein energetisch ungünstiger Prozess, der sich auch in der geringeren negativen Elektronenaffinität im Vergleich zu Silizium reflektiert.

8.5:

Elektronenaffinität

The electron affinity (EA) is the energy change for adding an electron to a gaseous atom to form an anion (negative ion).

Eq1

This process can be either endothermic or exothermic, depending on the element. Many of these elements have negative values of EA, which means that energy is released when the gaseous atom accepts an electron. However, for some elements, energy is required for the atom to become negatively charged, and the value of their EA is positive. Just as with ionization energy, subsequent EA values are associated with forming ions with more charge. The second EA is the energy associated with adding an electron to an anion to form a 2– ion, and so on.

As one might predict, it becomes easier to add an electron across a series of atoms as the effective nuclear charge of the atoms increases. As we go from left to right across a period, EAs tend to become more negative. The exceptions found among the elements of group 2 (2A), group 15 (5A), and group 18 (8A) can be understood based on the electronic structure of these groups. The noble gases, group 18 (8A), have a completely filled shell, and the incoming electron must be added to a higher n level, which is more difficult to do. Group 2 (2A) has a filled ns subshell, and so the next electron added goes into the higher energy np, so, again, the observed EA value is not as the trend would predict. Finally, group 15 (5A) has a half-filled np subshell, and the next electron must be paired with an existing np electron. In all of these cases, the initial relative stability of the electron configuration disrupts the trend in EA.

One might expect the atom at the top of each group to have the most negative EA; their first ionization potentials suggest that these atoms have the largest effective nuclear charges. However, as we move down a group, we see that the second element in the group most often has the most negative EA. This can be attributed to the small size of the n = 2 shell and the resulting large electron-electron repulsions. For example, chlorine, with an EA value of –348 kJ/mol, has the highest value of any element in the periodic table. The EA of fluorine is –322 kJ/mol. When we add an electron to a fluorine atom to form a fluoride anion (F–), we add an electron to the n = 2 shell. The electron is attracted to the nucleus, but there is also significant repulsion from the other electrons already present in this small valence shell. The chlorine atom has the same electron configuration in the valence shell, but because the entering electron is going into the n = 3 shell, it occupies a considerably larger region of space and the electron-electron repulsions are reduced. The entering electron does not experience as much repulsion, and the chlorine atom accepts an additional electron more readily, resulting in a more negative EA.

This text is adapted from OpenStax Chemistry 2e, Section 6.5: Periodic Variations in Element Properties.