Что такое сродство к электрону? Диаграмма сродства к электрону.

Что такое сродство к электрону?
Химики определяют сродство к электрону как изменение энергии, измеряемое в единицах кДж / моль, возникающее при добавлении электрона к газообразному атому. Этот процесс создает отрицательный ион. Этот процесс отличается от электроотрицательности, которую мы определяем как способность атома притягивать электрон к себе.

Мы склонны сравнивать сродство к электрону с “вероятностью” или “шансом” атома получить электрон. Это противоположно энергии ионизации, энергии, необходимой для ионизации атома газа и, следовательно, удаления электрона. По существу, сродство к электрону относится к изменениям энергии, которые сопровождают выигрыш одного электрона, и энергии ионизации, которые сопровождают потерю одного электрона. Энергии ионизации всегда связаны с образованием положительных ионов, энергии сродства к электрону описывают генерацию отрицательных ионов.

На фото вверху - Диаграмма сродства к электрону, для комфортного просматривания этой таблицы нажмите на нее!

Первое и Второе сродство к электрону
Существует два типа сродства к электрону: первый и второй. Первый включает в себя добавление электрона к нейтральному атому. Поскольку этот экзотермический процесс высвобождает энергию, первое сродство к электрону имеет отрицательные значения.

Второй относится к присоединению электрона к отрицательному иону. Этот эндотермический процесс требует больше энергии, чем выделяется при добавлении электрона в систему. Это приводит к положительным значениям второго сродства к электрону.

Периодические тенденции в разные периоды
По мере того как мы перемещаемся слева направо по периодической таблице, сродство к электронам становится более положительным - это означает, что процесс присоединения электронов является более экзотермическим. Ученые объясняют эту закономерность добавлением электронов ближе к ядрам этих более правых атомов.

По мере того как элементы смещаются вправо, добавленные электроны располагаются ближе к их ядрам. Эти электроны проявляют более сильное притяжение к ядрам в результате такой близости, что объясняет экзотермическую природу их сродства к электронам.

Группы вниз
По мере продвижения по группам сродство к электрону становится более отрицательным, что означает, что процесс более эндотермический. Близость электронов к этим соответствующим ядрам также влияет на это явление, но, вопреки предыдущей тенденции, электроны находятся на более высоких энергетических уровнях. По мере продвижения по группе элементы содержат электроны дальше от своих ядер, и эти электроны связаны менее плотно.

Слабо связанные электроны не выделяют столько энергии при присоединении к атому по сравнению с их плотно связанными аналогами. Элементы, расположенные ниже в периодической таблице, выделяют меньше энергии при добавлении дополнительного электрона, что приводит к снижению экзотермической природы их сродства к электрону.

Краткое изложение тенденций
Ниже приведено визуальное представление тенденций сродства к электрону по всей периодической таблице. Как обсуждалось, сродство к электрону увеличивается слева направо через периоды; сродство к электрону уменьшается сверху вниз по группам.

Экранирующий эффект
Давайте рассмотрим, как валентные электроны влияют на тенденции сродства к электронам. Число валентных электронов увеличивается по мере того, как мы перемещаемся вниз по группам в периодической таблице, поскольку сродство к электрону уменьшается. Мы можем рационализировать это, рассмотрев экранирующий эффект. Это правило признает, что в то время как ядра притягивают валентные электроны, силы отталкивания противодействуют этому притяжению. Эти силы отталкивания генерируются внутренними электронами, расположенными между ядрами и внешними электронами.

По мере продвижения по каждой группе влияние экранирующего эффекта возрастает. Притяжение между внешними электронами и их соответствующими ядрами уменьшается, в результате чего образуются элементы с меньшим сродством к электрону.

Исключение фтора
Фтор представляет собой еще одно предостережение относительно тенденции группового сродства к электрону. Хотя сродство к первым электронам обычно уменьшается по мере продвижения вниз по группе, что соответствует меньшему вовлечению энергии в образование отрицательных ионов, атомы фтора нарушают эту закономерность.

Учитывая его положение на вершине соответствующей группы, можно ожидать, что фтор будет обладать относительно высоким сродством к электрону. Из–за очень малого атомного радиуса фтора пространство, окружающее его ядро, также очень мало, что увеличивает притяжение между входящим электроном и ядром фтора и, как следствие, его сродство к электрону.

Однако мы должны иметь в виду, что входящий электрон попадет в переполненную область, на которую уже влияют высокие уровни отталкивания. Как мы уже говорили, отталкивание уменьшает притяжение между электронами и ядром, следовательно, уменьшая сродство к электрону. Эти эффекты отталкивания сильны в атомах фтора, побуждая их проявлять меньшее, чем ожидалось, сродство к электрону.

Металлы против неметаллов
Как правило, металлы обладают более низким сродством к электрону, в то время как неметаллы имеют более высокие.

Металлы
Металлы хотят образовывать стабильные октеты посредством образования катионов; для достижения этого они, как правило, отказываются от валентных электронов. Они поглощают энергию, когда теряют электроны, способствуя более низкому и эндотермическому сродству.

Неметаллы
И наоборот, неметаллы любят получать электроны для образования анионов, поскольку они достигают полного октета. Они выделяют энергию, когда поглощают электроны, создавая более высокое и экзотермическое сродство к электронам.

Что влияет на сродство атома к электрону?
Еще раз, когда мы говорим о сродстве к электрону, мы ссылаемся на изменение энергии, которое испытывает атом, когда он получает электрон. Этот процесс отражает степень притяжения между этим входящим электроном и ядром вовлеченного атома. Чем сильнее притяжение, тем больше энергии выделяется — и тем выше будет сродство к электрону.

Два основных фактора, которые влияют на эти тенденции, как видно из наших примеров, включают размер атома и заряд ядра. Ядра, обладающие большим положительным зарядом, сильнее притягивают электроны, что приводит к большему сродству к электрону. И наоборот, менее положительные ядерные заряды способствуют меньшему сродству к электрону.

Что касается размера атома, то меньшие атомы дают меньше места для сбора электронов, включая входящий электрон. В результате этот дополнительный электрон будет располагаться ближе к ядру, чем в более крупном атоме. Это приводит к более высоким значениям сродства к электрону для более мелких атомов в результате повышенного притяжения между этим входящим электроном и ядром. С другой стороны, более крупные атомы, как правило, проявляют меньшее сродство к электрону, потому что они предлагают больше места для электронов, чтобы поделиться ими с самими собой, а также с входящим электроном.

Но мы не должны недооценивать влияние отталкивания и экранирования на сродство к электрону. Например, атомы меньшего размера могут проявлять большее притяжение и большее сродство к электрону, но недостаток места для сбора электронов также приводит к усилению отталкивания между этими частицами. Отталкивание уменьшает притяжение между входящим электроном и ядром, способствуя снижению сродства к электрону. Эффект экранирования действует аналогично.

Мы должны тщательно рассмотреть каждый из этих факторов, поскольку их влияние будет варьироваться в зависимости от характеристик каждого элемента. Изучение приведенных ниже вопросов даст пример этого анализа.

Какой элемент обладает наименьшим сродством к электрону?
Ртуть обладает самым низким сродством к электрону среди всех элементов. Этот статус можно объяснить его определением как металла. Металлы, как правило, с большей вероятностью теряют электроны, чем приобретают их в погоне за полным стабильным октетом. Ртуть имеет относительно большой атомный радиус, что также способствует ее низкому значению.

Какой элемент имеет самое высокое сродство к электрону?
Хлор обладает самым высоким сродством к электрону среди элементов. Его высокое сродство можно объяснить его большим атомным радиусом или размером. Поскольку самая внешняя орбиталь хлора равна 3p, его электроны имеют большое пространство для обмена с входящим электроном. Это сводит к минимуму отталкивания между этими частицами до такой степени, что перевешивает негативное влияние их большого размера на притяжение.