電子親和力 (E ea ) は、電子が気相中の中性原子に追加されたときのエネルギー変化です。簡単に言えば、中性原子が電子を獲得する能力の尺度です。原子のエネルギーレベルは隣接する原子の影響を受けないため、(液体や固体ではなく) 気相原子が使用されます。電子親和力の最も一般的な単位は、1 モルあたりのキロジュール (kJ/mol) または電子ボルト (eV) です。場合によっては、電子親和力は分子にも適用されます。
- 電子親和力は、原子が電子を獲得するときのエネルギー変化です。
- 希ガスを除くほとんどの元素では、これは発熱プロセスです。
- 電子親和力は、期間を移動すると増加し、グループを下に移動すると減少することがあります。
- 周期を超えて電子親和力が増加する理由は、実効核電荷が増加し、電子を引き寄せるためです。
歴史
1934 年、ロバート S. マリケンは電子親和力を適用して、周期表の原子の電気陰性度の尺度をリストしました。電子化学ポテンシャルや化学的硬度も電子親和力の原理を利用しています。他の原子よりも正の電子親和力値を持つ原子は電子受容体であり、正の値が小さい原子は電子供与体です。
電子親和力の仕組み (符号の慣例)
原子は、電子を獲得または喪失したり、化学反応に参加したりするときに、エネルギーを獲得または喪失します。エネルギー変化の符号は、電子を付けたり取り除いたりするかによって異なります。エネルギーの変化のサイン (ΔE ) は、電子親和力 (E) の符号の反対です。 ea )!
E ea =ΔE (添付)
電子を付けるには:
- 原子がエネルギーを放出するとき、反応は発熱です。エネルギーの変化 ΔE 負の符号があり、電子親和力 E ea 陽性の兆候があります。
- 原子がエネルギーを吸収すると、反応は吸熱反応になります。エネルギーの変化 ΔE 正の符号と電子親和力 E を持っています ea 負の符号があります。
希ガスを除く、周期表のほとんどの原子の電子親和力は発熱性です。基本的に、電子をくっつけるにはエネルギーが必要です。したがって、ほとんどの原子では、ΔE は負で、E ea ポジティブです。希ガスの場合、ΔE ポジティブで E ea 負です。希ガス原子はすでに安定しているため、エネルギーを吸収して別の電子を捕獲します。希ガスの場合、電子捕獲は吸熱的です。
ただし 、一部の表には削除の値がリストされています 電子の捕獲ではなく、中性原子からの電子の。エネルギー値は同等ですが、符号が逆です。
周期表における電子親和力の傾向
電気陰性度、イオン化エネルギー、原子またはイオン半径、および金属特性と同様に、電気陰性度は周期表の傾向を示します。これらの他の特性とは異なり、電子親和力の傾向には多くの例外があります。
- 周期表の行または期間を横切ると、一般的に電子親和力が増加します 、グループ18または希ガスに到達するまで。これは、周期を横切って移動する価電子殻の充填によるものです。たとえば、グループ 17 (ハロゲン) の原子は、電子を獲得することによってより安定になりますが、グループ 1 (アルカリ金属) は、安定した原子価殻に到達するためにいくつかの電子を追加する必要があります。さらに、有効な核電荷は、期間を移動するにつれて増加します。
- 希ガスは電子親和力が低い。
- 一般的に (例外を除いて) 非金属はより高いまたはより正の Eea を持っています 金属よりも価値があります。
- 中性原子よりも安定した陰イオンを形成する原子は、電子親和力の値が高くなります。
- 通常は周期表のトレンド図に示されますが、電子親和力はそうではありません。 列またはグループの下への移動を確実に減らします。グループ 2 (アルカリ土類金属) では、Eea 周期表を下に移動すると、実際に増加します。
電子親和力と電気陰性度の違い
電子親和力と電気陰性度は関連する概念ですが、同じ意味ではありません。ある意味では、どちらも原子が電子を引き付ける能力の尺度です。しかし、電子親和力は、電子を受け取ったときの気体の中性原子のエネルギー変化であり、電気陰性度は、原子が化学結合を形成できる電子の結合対をどれだけ容易に引き付けるかの尺度です。 2 つの値は単位が異なり、周期表の傾向も多少異なります。
| 電気陰性度 | 電子親和力 | |
|---|---|---|
| 定義 | 電子を引き付ける原子の能力 | 中性原子または分子が電子を受け取ったときに放出または吸収されるエネルギー量 |
| アプリケーション | 単一原子のみ | 通常は単一の原子ですが、この概念は分子にも適用されます |
| ユニット | ポーリング ユニット | kJ/mol または eV |
| プロパティ | 質的 | 定量的 |
| 周期表の傾向 | 一定期間にわたって左から右への移動が増加します (希ガスを除く) グループの下への移動を減らします | 一定期間にわたって左から右への移動が増加します (希ガスを除く) |
電子親和力が最も高い元素は?
一般に、ハロゲンは電子を受け取りやすく、電子親和力が高い。電子親和力が最も高い元素は塩素で、値は 349 kJ/モルです。塩素は、電子を捕獲すると安定したオクテットを獲得します。
塩素がフッ素よりも電子親和力が高いのは、フッ素原子が小さいからです。塩素には追加の電子殻があるため、その原子は電子をより簡単に収容します.言い換えれば、塩素の電子殻では電子間の反発が少なくなります。
電子親和力が最も低い元素は?
ほとんどの金属は、電子親和力の値が低くなります。ノーベリウムは、電子親和力が最も低い元素です (-223 kJ/mol)。ノーベリウム原子は簡単に電子を失いますが、すでに巨大な原子に別の電子を強制的に入れることは、熱力学的に有利ではありません。既存の電子はすべて、原子核の正電荷に対するスクリーンとして機能します。
第一電子親和力 vs 第二電子親和力
通常、表には第一電子親和力が記載されています。これは、中性原子に最初の電子を追加するエネルギー変化です。ほとんどの要素では、これは発熱プロセスです。一方、２つ目の電子を加えるエネルギー変化が２次電子親和力値である。通常、これには原子が得るよりも多くのエネルギーが必要です。ほとんどの二次電子親和力値は、吸熱プロセスを反映しています。
したがって、最初の電子親和力の値が正の場合、通常、2 番目の電子親和力の値は負になります。他の符号規則を使用すると、最初の電子親和力が負の場合、2 番目の電子親和力は正になります。
参考文献
- アンスリン、エリック V.; Dougherty、Dennis A. (2006)。 現代物理有機化学 .大学科学図書。 ISBN 978-1-891389-31-3.
- IUPAC (1997)。 「電子親和力」化学用語集 (「ゴールド ブック」) (第 2 版)。オックスフォード:Blackwell Scientific Publications。 doi:10.1351/goldbook.E01977
- Mulliken, Robert S. (1934). 「新しいエレクトロアフィニティ スケール。原子価状態と原子価イオン化ポテンシャルおよび電子親和力に関するデータと一緒に。」 J.化学。物理 . 2:782. doi:10.1063/1.1749394
- Tro, Nivaldo J. (2008). 化学:分子的アプローチ (第 2 版)。ニュージャージー:ピアソン プレンティス ホール。 ISBN 0-13-100065-9.
