電子親和能
衡量原子核與電子吸引力的指標
電子親和能電子親和能是指真空的自由電子能級與導帶底能級之間的能量差,也就是把導帶底的電子拿出到真空去而變成自由電子所需要的能量。電子親和能是衡量原子核與外來電子之間吸引力的指標。電子親和能:對於原子而言,一個中性原子獲得一個電子而成為負離子時所放出的能量,就是原子的親和能。這樣,原子核與外來電子之間的距離便成為決定性因素了,隨著族內元素原子序數的增加,原子核與外來電子之間的距離也越來越遠(原子半徑越來越大),它們間的吸引力越來越小,釋放的能量(電子親和能)越來越少。
定義氣態原子(基態)獲得一電子成為-1價氣態離子時所放出的能量,叫做電子親和能。原子的電子親和能是指在下的氣相中,原子和電子反應生成負離子時所釋放的能量。(Electron Affinities of Atoms)一個基態氣態原子得到一個電子形成氣態負一價離子所放出的能量稱為第一電子親和能,以EA1表示,依次也有EA2、EA3等等。元素的第一電子親和能越大,表示元素由氣態原子得到電子生成負離子的傾向越大,該金屬非金屬性越強。影響電子親和能大小的因素與電離能相同,即原子半徑、有效核電荷和原子的電子構型。它的變化趨勢與電離能相似,具有大的電離能的元素一般電子親和能也很大。電子親和能:對於原子而言,一個中性原子獲得一個電子而成為負離子時所放出的能量,就是原子的親和能。定義:用反應式表示:(g):(氣態)7族元素的第一電子親和能F
第一電子親和能的變化規律族內元素的第一電子親和能隨著原子序數的增加而降低(也即形成負離子時釋放的能量越來越少)。由於氟不符合這一規律,我們將在後邊的例子中對它進行單獨的說明。電子親和能是衡量原子核與外來電子之間吸引力的指標。原子核與外來電子之間的吸引力越強,則釋放的能量也就越多。哪些因素能影響原子核與外來電子之間的吸引力呢?這些因素跟影響電離能大小的因素是相同的——原子的電荷、電子與原子核之間的距離、屏蔽。隨著族內元素原子序數的增加,元素的核電荷隨之增加,但其電子也增加,增加的電子所產生的屏蔽將抵消核電荷的增加。無論是哪個7族元素,它們的外層電子都通通都感受到來自原子核 電荷的吸引力。例如,氟(F)的電子排布為 。其的原子核有9個質子。外來電子進入第2能級,並由兩個 1s 電子屏蔽。外來電子所感受到的凈吸引力為7+個電荷 (9個質子減去2個屏蔽電子)。相比之下,氯(Cl)的電子排布為 。其原子核有17個質子。但外來電子仍感受到電荷(17個質子減去第一與第二能級共10個電子的屏蔽) 的凈吸引力。
與族內其它元素比較,氟的外來電子是離原子核最近的。因此按我們前面所考慮到的因素來說,氟的電子親和能應該是最高的。
但,由於氟是很小的原子,在氟原子所佔據的不大的空間中擠滿了電子,這些擁擠在一起的電子對外來電子產生異常強烈的排斥作用。這種排斥作用削弱了原子核對外來電子的吸引力,電子親和能隨之減少。
6族元素中的氧和硫同樣沒有遵守規律,氧的第一電子親和能 小,造成這一現象的原因跟造成氟的電子親和能比氯小的原因是完全相同的。
以下為元素的電子親和能數據,僅作參考
。
氫 | 72.77 |
鋰 | 59.62 |
硼 | 26.99 |
碳 | 121.78 |
氧 | 141.004 |
氟 | 328.165 |
鈉 | 52.87 |
鋁 | 41.86 |
硅 | 134.07 |
磷 | 72.03 |
硫 | 200.410 |
氯 | 349 |
鉀 | 48.38 |
鈣 | 2.37 |
鈧 | 18(2) |
鈦 | 8.4(7) |
釩 | 51 |
鉻 | 65.2 |
鐵 | 14.6(3) |
鈷 | 64.0 |
鎳 | 111.6 |
銅 | 119.24 |
鎵 | 41(3) |
鍺 | 118.94 |
砷 | 78.5(7) |
硒 | 194.97 |
溴 | 342.54 |
銣 | 46.89 |
鍶 | 5.02 |
釔 | 30 |
鋯 | 41 |
鈮 | 86(2) |
鉬 | 72.3 |
釕 | 101.0 |
銠 | 110.3 |
鈀 | 54.24 |
銀 | 125.86 |
銦 | 39 |
錫 | 107.30 |
銻 | 101.06 |
碲 | 190.16 |
碘 | 295 |
銫 | 45.51 |
鋇 | 13.95 |
鑭 | 45(2) |
鈰 | 92(2) |
銩 | 99(2) |
鎦 | 33 |
鉭 | 31 |
鎢 | 79 |
鋨 | 104.0 |
銥 | 150.9 |
鉑 | 205.04 |
金 | 222.75 |
鉈 | 36 |
鉛 | 35 |
鉍 | 90.92 |
電子親合能的定義也可以延伸到分子。如苯和萘的電子親合能為負值,而蒽、菲、芘的電子親合能為正值。電腦模擬實驗證實 hexacyanobenzene C6(CN)6 的電子親合能較富勒烯要高
。
雙原子分子 | |
溴 | 244 |
氯 | 227 |
氟 | 297 |
碘 | 246 |
氧 | 43 |
溴化碘 | 251 |
氯化鋰 | 59 |
一氧化氮 | 2 |
三原子分子 | |
二氧化氮 | 222 |
二氧化硫 | 105 |
多原子分子 | |
苯 | −110 |
1,4-苯二酮 | 129 |
三氟化硼 | 255 |
硝酸 | 59 |
硝基甲烷 | 38 |
三氯化磷 | 134 |
六氟化硫 | 138 |
四氰乙烯 | 278 |
六氟化鎢 | 264 |
六氟化鈾 | 280 |