现代元素周期表中的电子亲和能

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简介

当一个中性的孤立的气态原子吸收一个e⁻形成带负电荷的阴离子时释放或吸收的能量称为电子亲和能。当e⁻与孤立的气态原子结合时，可能会产生或吸收能量，这取决于过程是放热还是吸热。混合过程中释放的能量越大，电子亲和能越大，表示为ΔHeg。

$$\mathrm{X(g)\:+\:e^{-}\rightarrow\:X^{-}(g)}$$

通常，发生放热过程，导致电子亲和能为负值。卤素只需要一个电子就能达到惰性气体构型，因此它们具有很大的负电子亲和能，而惰性气体则具有很大的正e⁻亲和能。

什么是元素的电子亲和能？

它是当一个e⁻被提供给一个孤立的气态原子时释放的能量。e⁻亲和能以KJ/mol或每个原子的e⁻伏特表示。根据组成成分，反应可以是放热或吸热的。

当一个e⁻被引入到一个已经获得一个e⁻并且已经达到稳定的惰性气体构型的气态原子中，或者当电子被引入到惰性气体中时，需要大量的额外能量来克服轨道中已存在电子引起的排斥力。因此，在这种情况下，电子亲和能变得非常正。卤素具有很大的负电子亲和能。这两个例子说明，在惰性气体之前，周期表右上方将有很大的负值。

影响电子亲和能的因素

核电荷

当总负电荷增加时，随着额外电子的加入，吸引力也会增加。此外，当核的大小增加时，焓变得更负。

原子量

随着原子尺寸的增加，最外层电子与原子核之间的距离也增加。因此，新e⁻与核之间的吸引力减弱。因此，它变得不那么负了。

电子构型

只有部分或完全填充轨道的元素才具有更高的稳定性。当能量施加到某些元素时，电子会被添加到它们中。因此，它们的e⁻亲和能值较高。

周期中的电子亲和能

随着时间的推移，从左侧到右侧穿过周期，元素的原子尺寸减小，而有效核电荷增加。因此，核与额外e⁻之间的吸引力增加。因此，随着周期从左侧到右侧的进行，电子亲和能变得更负。

族中的电子亲和能

随着e⁻在族中向下移动，它变得不那么负。这是因为原子尺寸和核电荷都增加，但原子尺寸的影响大于核电荷。因此，核与额外e⁻之间的吸引力减小，焓变得不那么负。

电子亲和力的测量和用途

由于它们的能级可以通过与固态或液态中的其他原子或分子相互作用而发生变化，因此此属性仅用于识别气态中的原子和分子。Robert S. Mulliken 根据电子亲和力列表设计了一个原子的电负性标度，它类似于电子亲和力和电离势的总和。涉及e⁻亲和力的另外两个理论概念是电子化学势和化学硬度。另一个例子是，e⁻受体是比另一个分子或原子具有更高正电子亲和力的分子或原子。e⁻供体是具有较低正值的人。当它们聚集在一起时，可能会发生电荷转移过程。

单电子还原

单个e⁻原子从供体化学物质转移到有机物质。它区分了像氢化物转移过程这样的两个e⁻有机还原。自由基阴离子通常作为1e⁻还原的第一个步骤形成，然后参与后续反应。Birch 还原中的次要过程是醇的质子消除。这也被称为溶解金属还原过程。在液氨或钠体系中，炔烃还原为烯烃的工作原理类似。初始自由基阴离子中间体提取氨的质子并将其转移到自由基上。为了生成阴离子，需要进行第二个e⁻转移，它还从中性烯烃中获取质子。

结论

当一个e⁻被引入到一个孤立的气态体系时释放的能量称为电子亲和能。电子亲和能的单位是KJ/mol。元素的电子亲和能由其核电荷、原子半径和电子构型决定。当在族中向下移动时，e⁻亲和能变得不那么负。在周期中从左侧移动到右侧，电子亲和能变得更负。卤素具有很大的负电子亲和能，因为它们可以接受一个e⁻以达到惰性气体的电子构型。惰性气体具有正电子亲和能。

常见问题

1. 确定并解释电子亲和能最低和最高（S、P、F、Cl）的化合物？

当我们沿着周期从左到右移动时，电子亲和能变得更负。当我们在族中向下移动时，它也变得不那么负了。当一个e⁻被引入到2p轨道时，它比被引入到3p轨道时排斥力更强。因此，磷的电子亲和能最低，而氯的电子亲和能最高。

2. 哪种元素具有最大的电子亲和能？

氯具有最大的e⁻亲和能。

3. 哪种元素具有最低的电子亲和能？

汞具有最低的e⁻亲和能。

4. 电子亲和力和电子亲和能之间有什么区别？

e⁻亲和能和e⁻亲和力的主要区别在于，当一个孤立的气态原子获得一个电子时释放的能量称为电子亲和能，而电子亲和力表示原子接受电子的趋势。

5. 区分电负性和电子亲和能？

电负性和e⁻亲和力的主要区别在于，电负性是原子吸引化学化合物中共享电子对的趋势以形成共价键，而e⁻亲和能是在一个e⁻被引入到一个孤立的气态分子时释放的能量。此外，虽然电子亲和能可以定量评估，但电负性不能，因为它是一种定性概念。