AFFINITÀ ELETTRONICA: VARIAZIONE DELLA TAVOLA PERIODICA ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

L' affinità elettronica o elettroaffinità è una misura della variazione energetica di un atomo in fase gassosa quando incorpora un elettrone nel suo guscio di valenza. Una volta che l'elettrone è stato acquisito da atomo A, il risultante anione A ^- può o non può essere più stabile rispetto allo stato fondamentale. Pertanto, questa reazione può essere endotermica o esotermica.

Per convenzione, quando il guadagno di elettroni è endotermico, al valore di affinità elettronica viene assegnato un segno positivo "+"; Se invece è esotermico, cioè rilascia energia, a questo valore viene dato un segno negativo "-". In quali unità sono espressi questi valori? In kJ / mol o in eV / atomo.

Se l'elemento fosse in una fase liquida o solida, i suoi atomi interagirebbero tra loro. Ciò farebbe sì che l'energia assorbita o rilasciata, a causa del guadagno elettronico, si disperda tra tutte queste, dando risultati inaffidabili.

Al contrario, nella fase gassosa si presume che siano isolati; in altre parole, non interagiscono con nulla. Quindi, gli atomi coinvolti in questa reazione sono: A (g) e A ^- (g). Qui (g) denota che l'atomo è in fase gassosa.

Prima e seconda affinità elettroniche

Primo

La reazione del guadagno elettronico può essere rappresentata come:

A (g) + e ^- => A ^- (g) + E, o come A (g) + e ^- + E => A ^- (g)

Nella prima equazione, E (energia) si trova come un prodotto sul lato sinistro della freccia; e nella seconda equazione l'energia è conteggiata come reattiva, essendo situata sul lato destro. Cioè, il primo corrisponde a un guadagno elettronico esotermico e il secondo a un guadagno elettronico endotermico.

Tuttavia, in entrambi i casi è solo un elettrone che viene aggiunto al guscio di valenza dell'atomo A.

Secondo

È anche possibile che, una volta formato lo ione negativo A ^- , assorba un altro elettrone:

A ^- (g) + e ^- => ^{LA 2–} (g)

Tuttavia, i valori per la seconda affinità elettronica sono positivi, poiché le repulsioni elettrostatiche tra lo ione negativo A ^- e l'elettrone e in arrivo ^- devono essere superate .

Cosa determina che un atomo gassoso "riceve" meglio un elettrone? La risposta si trova essenzialmente nel nucleo, nell'effetto schermante dei gusci elettronici interni e nel guscio di valenza.

Come varia l'affinità elettronica nella tavola periodica

Nell'immagine in alto, le frecce rosse indicano le direzioni in cui aumenta l'affinità elettronica degli elementi. Da ciò l'affinità elettronica può essere intesa come una delle proprietà periodiche in più, con la particolarità di avere molte eccezioni.

L'affinità elettronica aumenta ascendendo attraverso i gruppi e aumenta anche da sinistra a destra lungo la tavola periodica, specialmente intorno all'atomo di fluoro. Questa proprietà è strettamente correlata al raggio atomico e ai livelli di energia dei suoi orbitali.

Variazione per nucleo e effetto schermante

Il nucleo ha protoni, che sono particelle caricate positivamente che esercitano una forza attrattiva sugli elettroni nell'atomo. Più gli elettroni sono vicini al nucleo, maggiore è l'attrazione che provano. Pertanto, all'aumentare della distanza dal nucleo agli elettroni, minori sono le forze attrattive.

Inoltre, gli elettroni nel guscio interno aiutano a "schermare" l'effetto del nucleo sugli elettroni nei gusci più esterni: gli elettroni di valenza.

Ciò è dovuto alle stesse repulsioni elettroniche tra le loro cariche negative. Tuttavia, questo effetto viene contrastato aumentando il numero atomico Z.

In che modo quanto sopra si collega all'affinità elettronica? Che un atomo gassoso A avrà una maggiore tendenza a guadagnare elettroni e formare ioni negativi stabili quando l'effetto schermante è maggiore delle repulsioni tra l'elettrone in arrivo e quelli del guscio di valenza.

L'opposto avviene quando gli elettroni sono molto lontani dal nucleo e le repulsioni tra di loro non sfavoriscono il guadagno elettronico.

Ad esempio, la discesa in un gruppo "apre" nuovi livelli di energia, che aumentano la distanza tra il nucleo e gli elettroni esterni. È per questo motivo che man mano che si sale nei gruppi, le affinità elettroniche aumentano.

Variazione per configurazione elettronica

Tutti gli orbitali hanno i loro livelli di energia, quindi se il nuovo elettrone occuperà un orbitale di maggiore energia, l'atomo dovrà assorbire energia affinché ciò sia possibile.

Inoltre, il modo in cui gli elettroni occupano gli orbitali può o meno favorire il guadagno elettronico, distinguendo così le differenze tra gli atomi.

Ad esempio, se tutti gli elettroni sono spaiati negli orbitali p, l'inclusione di un nuovo elettrone provocherà la formazione di una coppia appaiata, che esercita forze repulsive sugli altri elettroni.

Questo è il caso dell'atomo di azoto, la cui affinità elettronica (8kJ / mol) è inferiore a quella dell'atomo di carbonio (-122kJ / mol).

Esempi

Esempio 1

La prima e la seconda affinità elettronica per l'ossigeno sono:

O (g) + e ^- => O ^- (g) + (141kJ / mol)

O ^- (g) + e ^- + (780kJ / mol) => O ^2– (g)

La configurazione elettronica per O è 1s ² 2s ² 2p ⁴ . Esiste già una coppia accoppiata di elettroni, che non può superare la forza di attrazione del nucleo; Pertanto, il guadagno elettronico rilascia energia dopo la O stabile ^- ionico viene formata .

Tuttavia, sebbene l'O ^2– abbia la stessa configurazione del neon a gas nobile, le sue repulsioni elettroniche superano la forza di attrazione del nucleo ed è necessaria una fornitura di energia per consentire all'elettrone di entrare.

Esempio 2

Se si confrontano le affinità elettroniche degli elementi del gruppo 17, si otterrà:

F (g) + e ^- = F ^- (g) + (328 kJ / mol)

Cl (g) + e ^- = Cl ^- (g) + (349 kJ / mol)

Br (g) + e ^- = Br ^- (g) + (325 kJ / mol)

Io (g) + e ^- = io ^- (g) + (295 kJ / mol)

Dall'alto verso il basso - discendendo nel gruppo - aumentano i raggi atomici, così come la distanza tra il nucleo e gli elettroni esterni. Ciò causa un aumento delle affinità elettroniche; tuttavia, il fluoro, che dovrebbe avere il valore più alto, è in inferiorità numerica rispetto al cloro.

Perché? Questa anomalia dimostra l'effetto delle repulsioni elettroniche sulla forza di attrazione e sulla bassa schermatura.

Poiché è un atomo molto piccolo, il fluoro "condensa" tutti i suoi elettroni in un piccolo volume, provocando una maggiore repulsione sull'elettrone in arrivo, a differenza dei suoi congeneri più voluminosi (Cl, Br e I).

Riferimenti

1. Chemistry LibreTexts. Affinità elettronica. Estratto il 4 giugno 2018 da: chem.libretexts.org
2. Jim Clark. (2012). Affinità elettronica. Estratto il 4 giugno 2018 da: chemguide.co.uk
3. Carl R. Nave. Affinità elettroniche degli elementi del gruppo principale. Estratto il 4 giugno 2018 da: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Prof. N. De Leon. Affinità elettronica. Estratto il 4 giugno 2018 da: iun.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 maggio 2016). Definizione di affinità elettronica. Estratto il 4 giugno 2018 da: thoughtco.com
6. Cdang. (3 ottobre 2011). Tavola periodica di affinità elettronica. . Estratto il 4 giugno 2018 da: commons.wikimedia.org
7. Whitten, Davis, Peck e Stanley. Chimica. (8 ° ed.). CENGAGE Learning, p. 227-229.
8. Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione., P. 29). Mc Graw Hill.