Войти
Сродство к электрону (Eea) атома или молекулы определяется как количество энергии, высвобождаемой, когда электрон присоединяется к нейтральному атому или молекуле в газообразном состоянии с образованием отрицательного иона.
Обратите внимание, что это не то же самое, что изменение энтальпии при ионизации с захватом электронов, которое определяется как отрицательное при высвобождении энергии. Другими словами, это изменение энтальпии и сродство к электрону различаются отрицательным знаком.
В физике твердого тела сродство к электрону для поверхности определяется несколько иначе (см. Ниже ).
Это свойство используется для измерения атомов и молекул только в газообразном состоянии, поскольку в в твердом или жидком состоянии их уровни энергии будут изменены при контакте с другими атомами или молекулами.
Список сродства к электрону был использован Робертом С. Малликеном для разработки шкалы электроотрицательности для атомов, равной среднему сродству электронов и потенциал ионизации. Другие теоретические концепции, использующие сродство к электрону, включают электронный химический потенциал и химическую твердость. Другой пример, молекула или атом, у которых более положительное значение сродства к электрону, чем у другого, часто называют акцептором электронов, а менее положительное - донором электронов. Вместе они могут подвергаться реакции передачи заряда.
Чтобы правильно использовать сродство к электрону, важно отслеживать знак. Для любой реакции, которая высвобождает энергию, изменение ΔE в общей энергии имеет отрицательное значение, и реакция называется экзотермическим процессом. Захват электронов почти всех атомов благородных газов, кроме благородных газов, включает выделение энергии и, следовательно, является экзотермическим. Положительные значения, перечисленные в таблицах E ea, представляют собой суммы или величины. Слово «высвобожденная» в определении «высвобожденная энергия» придает ΔE отрицательный знак. Возникает путаница, когда E ea принимают за изменение энергии, ΔE, и в этом случае положительные значения, перечисленные в таблицах, относятся к эндо-не экзотермическому процессу. Связь между ними: E ea = -ΔE (прикрепить).
Однако, если значение, присвоенное E ea, является отрицательным, отрицательный знак подразумевает изменение направления на противоположное, и для присоединения электрона требуется энергия. В этом случае захват электронов является эндотермическим процессом, и соотношение E ea = -ΔE (присоединить) все еще остается в силе. Отрицательные значения обычно возникают для захвата второго электрона, но также и для атома азота.
Обычное выражение для вычисления E ea при присоединении электрона:
Это выражение действительно следует соглашению ΔX = X (final) - X (initial), поскольку −ΔE = - (E (final) - E (initial)) = E ( начальная) - Е (конечная).
Эквивалентно сродство к электрону также можно определить как количество энергии, необходимое для отделения электрона от атома, когда он удерживает электрон с единичным избытком, что делает атом отрицательный ион, т.е. изменение энергии для процесса
Если для прямой и обратной реакций используется одна и та же таблица, без знаков переключения, необходимо соблюдать осторожность, чтобы применить правильное определение в соответствующем направлении, присоединение (освобождение) или отсоединение (требуется). Поскольку почти все отделения (требуют +) количества энергии, указанного в таблице, эти реакции отделения являются эндотермическими, или ΔE (отсоединение)>0.
Сродство к электрону (E ea) в зависимости от атомного номера (Z). Обратите внимание на объяснение условных обозначений в предыдущем разделе. Хотя E ea сильно различается по периодической таблице, некоторые закономерности проявляются. Как правило, неметаллы имеют более положительное значение E ea, чем металлы. Атомы, анионы которых более стабильны, чем нейтральные атомы, имеют большее значение E ea. Хлор сильнее всего притягивает лишние электроны; неон наиболее слабо притягивает лишний электрон. Электронное сродство благородных газов не было окончательно измерено, поэтому они могут иметь или не иметь слегка отрицательные значения.
Eeaобычно увеличивается через период (строку) в периодической таблице до достижения группы 18. Это вызвано заполнением валентной оболочки атома; атом группы 17 выделяет больше энергии, чем атом группы 1 при получении электрона, поскольку он получает заполненную валентную оболочку и, следовательно, более стабилен. В группе 18 валентная оболочка заполнена, а это означает, что добавленные электроны нестабильны и имеют тенденцию очень быстро выбрасываться.
Как это ни странно, E ea не уменьшается при перемещении вниз по строкам периодической таблицы, как можно ясно видеть в данных группы 2. Таким образом, сродство к электрону следует той же тенденции "влево-вправо", что и электроотрицательность, но не тенденции "вверх-вниз".
Следующие данные приведены в кДж / моль.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Группа → | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||||||
| ↓ Период | . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | H 73 | . | He (- 50) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li 60 | Be (−50) | . | B 27 | C 122 | N −7 | O 141 | F 328 | Ne (−120) | ||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na 53 | Mg (- 40) | . | Al 42 | Si 134 | P 72 | S 200 | Cl 349 | Ar (−96) | ||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | K 48 | Ca 2 | Sc 18 | Ti 7 | V 51 | Cr 65 | Mn (- 50) | Fe 15 | Co 64 | Ni 112 | Cu 119 | Zn (−60) | Ga 29 | Ge 119 | As 78 | Se 195 | Br 325 | Kr (- 60) | |||||||||||||||||||
| 5 | Rb 47 | Sr 5 | Y 30 | Zr 42 | Nb 89 | Mo 72 | Tc (53) | Ru (101) | Rh 110 | Pd 54 | Ag 126 | Cd ( -70) | In 37 | Sn 107 | Sb 101 | Te 190 | I 295 | Xe (-80) | |||||||||||||||||||
| 6 | Cs 46 | Ba 14 | La 54 |  | Hf 17 | Ta 31 | W 79 | Re 6 | Os 104 | Ir 151 | Pt 205 | Au 223 | Hg (-50) | Tl 31 | Pb 34 | Bi 91 | Po (136) | At 233 | Rn (- 70) | ||||||||||||||||||
| 7 | Fr (47) | Ra (10) | Ac (34) |  | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg (151) | Cn (<0) | Nh (67) | Fl (<0) | Mc (35) | Lv (75) | Ts (212) | Og (5) | ||||||||||||||||||
| . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ce 55 | Pr 11 | Nd 9 | Pm (12) | Sm (16) | Eu 11 | Gd (13) | Tb 13 | Dy (>34) | Ho (33) | Er (30) | Tm 99 | Yb (−2) | Lu 23 | |||||||||||||||||||||||
| Th (113) | Pa (53) | U (51) | Np ( 46) | Pu (−4 8) | Am (10) | Cm (27) | Bk (−165) | Cf (−97) | Es (−29) | Fm (34) | Md (94) | No (−223) | Lr (−30) | |||||||||||||||||||||||
| Условные обозначения | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Значения указаны в кДж / моль, округлены | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Эквивалент в эВ см.: Сродство к электрону (данные страница) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Круглые скобки обозначают прогнозы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Первичный От распада Синтетический Граница показывает естественное появление элемента Цвет фона показывает подкатегорию в тенденции металл – металлоид – неметалл:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Сродство молекул к электрону является сложной функцией их электронная структура. Например, сродство к электрону для бензола отрицательно, как и для нафталина, в то время как сродство антрацена, фенантрена и пирен положительны. In silico эксперименты показывают, что сродство к электрону превосходит сродство фуллерена.
Зонная диаграмма границы раздела полупроводник-вакуум, показывающая электрон сродство E EA, определяемое как разница между энергией приповерхностного вакуума E vac и приповерхностной зоной проводимости краем E C. Также показано: уровень Ферми EF, валентная зона край E V, работа выхода W.В области физики твердого тела сродство к электрону определяется иначе, чем в химии и атомная физика. Для границы раздела полупроводник-вакуум (то есть поверхности полупроводника) сродство к электрону, обычно обозначаемое E EA или χ, определяется как энергия, полученная при перемещении электрона из вакуума сразу за пределы полупроводник до нижней части зоны проводимости внутри полупроводника:
В собственном полупроводнике с абсолютным нулем эта концепция функционально аналогична химическому определению сродства к электрону, так как добавленный электрон самопроизвольно уходит в нижнюю часть зона проводимости. При ненулевой температуре и для других материалов (металлов, полуметаллов, сильно легированных полупроводников) аналогия не выполняется, поскольку добавленный электрон вместо этого переходит в среднем на уровень Ферми. В любом случае, значение сродства к электрону твердого вещества сильно отличается от значения сродства к электрону для атома того же вещества в газовой фазе по химии и атомной физике. Например, поверхность кристалла кремния имеет сродство к электрону 4,05 эВ, тогда как изолированный атом кремния имеет сродство к электрону 1,39 эВ.
Сродство к электрону поверхности тесно связано с ее работой выхода, но отличается от нее. Работа выхода - это термодинамическая работа, которая может быть получена путем обратимого и изотермического удаления электрона из материала в вакуум; этот термодинамический электрон переходит в среднем на уровень Ферми, а не на край зоны проводимости: 
В физике полупроводников основное использование сродства к электрону на самом деле не в анализе поверхностей полупроводник – вакуум, а скорее в эвристических правилах сродства к электрону для оценки изгиба зон., который возникает на границе раздела двух материалов, в частности, переходов металл – полупроводник и полупроводников гетеропереходов.
В определенных обстоятельствах сродство к электрону может стать отрицательным. Часто отрицательное сродство к электрону желательно для получения эффективных катодов, которые могут подавать электроны в вакуум с небольшими потерями энергии. Наблюдаемый выход электронов как функция различных параметров, таких как напряжение смещения или условия освещения, можно использовать для описания этих структур с помощью полосовых диаграмм , в которых сродство к электрону является одним параметром. В качестве одной из иллюстраций очевидного влияния поверхностного обрыва на эмиссию электронов см. Рисунок 3 в Эффект Маркивки.
