Энтальпия присоединения электрона

В изучении химии энтальпия присоединения электрона является важным понятием при обсуждении периодических тенденций элементов. Она описывает изменение энергии при присоединении электрона к нейтральному атому для образования отрицательного иона. Понимание энтальпии присоединения электрона важно, потому что это помогает предсказывать, как элементы будут взаимодействовать друг с другом, предоставляя информацию об их химическом поведении.

Что такое энтальпия присоединения электрона?

Энтальпия присоединения электрона — это, по сути, величина энергии, высвобождаемой или поглощаемой в процессе присоединения электрона к атому. Если энергия высвобождается, то процесс экзотермический, и энтальпия присоединения электрона отрицательная. Напротив, если энергия поглощается, процесс эндотермический, и энтальпия присоединения электрона положительная.

Атом + e - → Ион - + энергия (высвобождение/энергия < 0) Атом + e - + энергия → Ион - (поглощение/энергия > 0)

Изменение энергии может значительно варьироваться по периодической таблице и зависит от ряда факторов, включая размер атома, заряд ядра и взаимодействия электрон-электрон в атоме.

Факторы, влияющие на энтальпию присоединения электрона

1. Размер атома

Размер атома играет важную роль. Как правило, по мере уменьшения размера атома энтальпия присоединения электрона становится более отрицательной. Это происходит потому, что меньшие атомы имеют больший эффективный ядерный заряд, который сильнее притягивает дополнительный электрон. Например, рассмотрим галогены, такие как фтор и хлор.

Размер атома & вниз; → Энтальпия присоединения электрона & более отрицательная F > Cl > Br > I (Общая тенденция)

2. Заряд ядра

Заряд ядра также влияет на энтальпию присоединения электрона. Более высокий заряд ядра обычно означает более сильное притяжение для поступающего электрона, что приводит к более отрицательной энтальпии присоединения электрона. При движении по периоду заряд ядра увеличивается, делая энтальпию более отрицательной.

Тенденция по периоду (вправо) & вправо; → Заряд ядра & вверх; → Энтальпия присоединения электрона & более отрицательная;

3. Взаимодействие электрон-электрон

Когда электрон входит в атом, он испытывает отталкивание от уже присутствующих электронов. Эти отталкивания могут уменьшить высвобождаемую энергию и таким образом сделать энтальпию присоединения электрона менее отрицательной или даже положительной в некоторых случаях. Это распространено в атомах, которые имеют полностью заполненные или наполовину заполненные p- или d-орбитали.

Ne, He и другие благородные газы часто показывают положительную энтальпию присоединения электрона из-за стабильных электронных конфигураций.

Тенденции в энтальпии присоединения электрона

1. Периодические тенденции по периоду

Перемещаясь слева направо по периоду, элементы обычно становятся более электроотрицательными, делая энтальпию присоединения электрона более отрицательной. Эта тенденция обусловлена увеличением заряда ядра и уменьшением размера атома, которые вместе увеличивают склонность атома привлекать дополнительные электроны.

Пример: во 2-м периоде энтальпия присоединения электрона для элементов более отрицательная от Li к Cl.

2. Нисходящая тенденция в группе

При движении вниз по группе энтальпия присоединения электрона становится менее отрицательной. Это связано с увеличением размера атома и экранирующим эффектом, когда внутренние электроны уменьшают ядерное притяжение на валентные электроны. В результате легкость присоединения электрона уменьшается.

Пример: для галогенов энтальпия присоединения электрона изменяется от F (самая отрицательная) до I (наименее отрицательная).

Визуальное представление энтальпии присоединения электрона в периодических тенденциях

Исключения в энтальпии присоединения электрона

Существуют заметные исключения из общих тенденций энтальпии присоединения электрона по периодической таблице. Выдающимся примером является относительная энтальпия присоединения электрона фтора и хлора. Несмотря на то, что фтор меньше и имеет более высокий ядерный заряд, чем хлор, он демонстрирует менее отрицательную энтальпию присоединения электрона. Это связано с более высоким электрон-электронным отталкиванием в плотной 2p-подоболочке фтора, что делает дополнительный электрон менее энергетически выгодным.

F < Cl по энтальпии присоединения электрона (отражение размера и отталкивания в F).

Применение энтальпии присоединения электрона

Понимание энтальпии присоединения электрона помогает химикам предсказывать реакции и образование ионов или соединений. Она может помочь предсказать следующее:

• Стабильность ионов в соединениях.
• Возможность элемента образовывать богатые анионами соединения.
• Реактивность элементов и их склонность участвовать в определённых типах реакций (таких как окислительно-восстановительные реакции).

Пример: образование галогенидов

Энтальпия присоединения электрона особенно полезна для понимания того, почему галогены, такие как хлор или бром, легко образуют галогенидные ионы. Эти элементы имеют наибольшие отрицательные энтальпии присоединения электрона, что отражает их сильное стремление к присоединению электронов и образованию стабильных отрицательных ионов (^X−).

Галогены (большая -ve энтальпия присоединения электрона) → X + e - → X -

Резюме

В заключение, энтальпия присоединения электрона является важным аспектом понимания химических свойств и поведения элементов. Она предоставляет важную информацию о том, почему происходят определённые реакции, и помогает предсказывать свойства новых соединений. Анализируя периодические тенденции, мы понимаем закономерности, важные для более глубокого понимания основ химии.

Комментарии