La Affinité électronique ou l'électro-affinité est une mesure de la variation énergétique d'un atome en phase gazeuse lorsqu'il incorpore un électron à sa couche de valence. Une fois que l'électron a été acquis par l'atome A, l'anion A résultant- il peut ou non être plus stable que votre état de base. Par conséquent, cette réaction peut être endothermique ou exothermique..
Par convention, lorsque le gain électronique est endothermique, la valeur d'affinité électronique se voit attribuer un signe positif "+"; Par contre, si elle est exothermique - c'est-à-dire qu'elle libère de l'énergie - cette valeur reçoit un signe négatif "-". Dans quelles unités ces valeurs sont-elles exprimées? En kJ / mol, ou en eV / atome.
Si l'élément était en phase liquide ou solide, ses atomes interagiraient les uns avec les autres. Cela entraînerait la dispersion de l'énergie absorbée ou libérée, en raison du gain électronique, parmi tous ceux-ci, ce qui donnerait des résultats peu fiables..
En revanche, en phase gazeuse, ils sont supposés isolés; en d'autres termes, ils n'interagissent avec rien. Ainsi, les atomes impliqués dans cette réaction sont: A (g) et A-(g). Ici (g) indique que l'atome est en phase gazeuse.
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La réaction de gain électronique peut être représentée par:
A (g) + e- => A-(g) + E, ou comme A (g) + e- + E => A-(g)
Dans la première équation, E (énergie) se trouve sous la forme d'un produit sur le côté gauche de la flèche; et dans la deuxième équation, l'énergie est comptée comme réactive, étant située sur le côté droit. Autrement dit, le premier correspond à un gain électronique exothermique et le second à un gain électronique endothermique.
Cependant, dans les deux cas, c'est un seul électron qui est ajouté à la couche de valence de l'atome A..
Il est également possible qu'une fois l'ion négatif A formé-, il absorbe à nouveau un autre électron:
À-(g) + e- => Adeux-(g)
Cependant, les valeurs de l'affinité du deuxième électron sont positives, car les répulsions électrostatiques entre l'ion négatif A doivent être surmontées.- et l'électron entrant e-.
Qu'est-ce qui détermine qu'un atome gazeux "reçoit" mieux un électron? La réponse se trouve essentiellement dans le noyau, dans l'effet de blindage des couches électroniques internes et dans la couche de valence.
Dans l'image du haut, les flèches rouges indiquent les directions dans lesquelles l'affinité électronique des éléments augmente. À partir de là, l'affinité électronique peut être comprise comme une des propriétés périodiques supplémentaires, avec la particularité qu'elle présente de nombreuses exceptions.
L'affinité électronique augmente en montant à travers les groupes et augmente également de gauche à droite le long du tableau périodique, en particulier au voisinage de l'atome de fluor. Cette propriété est étroitement liée au rayon atomique et aux niveaux d'énergie de ses orbitales..
Le noyau a des protons, qui sont des particules chargées positivement qui exercent une force d'attraction sur les électrons de l'atome. Plus les électrons sont proches du noyau, plus l'attraction qu'ils ressentent est grande. Ainsi, à mesure que la distance entre le noyau et les électrons augmente, plus les forces d'attraction sont faibles..
De plus, les électrons de la coquille interne aident à «protéger» l'effet du noyau sur les électrons des coquilles les plus externes: les électrons de valence..
Cela est dû aux répulsions électroniques elles-mêmes entre leurs charges négatives. Cependant, cet effet est contrecarré en augmentant le numéro atomique Z.
Quel est le lien entre ce qui précède et l'affinité électronique? Qu'un atome gazeux A aura une plus grande tendance à gagner des électrons et à former des ions négatifs stables lorsque l'effet de blindage est supérieur aux répulsions entre l'électron entrant et ceux de la coquille de valence.
Le contraire se produit lorsque les électrons sont très éloignés du noyau et que les répulsions entre eux ne minent pas le gain électronique..
Par exemple, descendre dans un groupe "ouvre" de nouveaux niveaux d'énergie, qui augmentent la distance entre le noyau et les électrons externes. C'est pour cette raison qu'en montant à travers les groupes les affinités électroniques augmentent.
Toutes les orbitales ont leurs niveaux d'énergie, donc si le nouvel électron occupe une orbitale d'énergie plus élevée, l'atome devra absorber de l'énergie pour que cela soit possible..
De plus, la manière dont les électrons occupent les orbitales peut favoriser ou non le gain électronique, distinguant ainsi les différences entre les atomes..
Par exemple, si tous les électrons ne sont pas appariés dans les orbitales p, l'inclusion d'un nouvel électron provoquera la formation d'une paire appariée, qui exerce des forces répulsives sur les autres électrons..
C'est le cas de l'atome d'azote, dont l'affinité électronique (8kJ / mol) est inférieure à celle de l'atome de carbone (-122kJ / mol).
La première et la deuxième affinité électronique pour l'oxygène sont:
O (g) + e- => O-(g) + (141 kJ / mol)
OU ALORS-(g) + e- + (780kJ / mol) => Odeux-(g)
La configuration électronique pour O est 1sdeux2 sdeux2 P4. Il existe déjà une paire d'électrons appariés, qui ne peut vaincre la force d'attraction du noyau; par conséquent, le gain électronique libère de l'énergie après la formation de l'ion O stable.-.
Cependant, bien que Odeux- Il a la même configuration que le néon de gaz rare, ses répulsions électroniques dépassent la force d'attraction du noyau, et pour permettre l'entrée de l'électron un apport d'énergie est nécessaire.
Si les affinités électroniques des éléments du groupe 17 sont comparées, on obtiendra:
F (g) + e- = F-(g) + (328 kJ / mol)
Cl (g) + e- = Cl-(g) + (349 kJ / mol)
Br (g) + e- = Br-(g) + (325 kJ / mol)
I (g) + e- = Je-(g) + (295 kJ / mol)
De haut en bas - en descendant dans le groupe - les rayons atomiques augmentent, ainsi que la distance entre le noyau et les électrons externes. Cela provoque une augmentation des affinités électroniques; cependant, le fluor, qui devrait avoir la valeur la plus élevée, est surpassé par le chlore.
Parce que? Cette anomalie démontre l'effet des répulsions électroniques sur la force d'attraction et le faible blindage..
Parce que c'est un très petit atome, le fluor "condense" tous ses électrons dans un petit volume, provoquant une plus grande répulsion sur l'électron entrant, contrairement à ses congénères plus volumineux (Cl, Br et I)..
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