跳转到内容

高中化学/电子亲和力

来自维基教科书,开放的书籍,开放的世界

我们讨论的最后一个周期性趋势是电子亲和力。我们已经讨论了原子结构、电子构型、原子大小和电离能。现在,我们将研究的最后一个周期性趋势是原子如何获得电子以及元素周期表中存在的趋势。

课程目标

[编辑 | 编辑源代码]
  • 定义电子亲和力。
  • 描述元素周期表中电子亲和力的趋势。

原子获得电子时的能量过程

[编辑 | 编辑源代码]

原子可以获得或失去电子。当原子获得电子时,能量被释放,称为电子亲和力。电子亲和力定义为将一个电子添加到气态原子或离子时释放的能量。

当大多数涉及将电子添加到气态原子的反应发生时,势能被释放。

 

让我们看一下一些元素的电子构型以及在族和周期内形成的趋势。看一下表 10.10,卤素族的电子亲和力。

表 10.10:17 族元素的电子亲和力
元素 电子构型 电子亲和力,kJ/mol
氟 (F) [He]2s22p5 −328
氯 (Cl) [Ne]3s23p5 −349
溴 (Br) [Ar]4s24p5 −325
碘 (I) [Kr]5s25p5 −295

如您所见,电子亲和力通常会随着原子尺寸的增加而降低(变得不那么负)。请记住,位于同一个族但周期表中位置较低的原子更大,因为有更多的电子填充了更多的能级。例如,氯原子比碘原子小;或者,氧原子比硫原子小。当电子被添加到一个大原子时,释放的能量更少,因为电子不能像在小原子中那样靠近原子核。因此,随着族中原子变得越来越大,电子亲和力越来越小。

当涉及某些小原子时,这是一个例外。氟的电子亲和力很可能小于氯,这是由于电子之间的电子间排斥,其中 *n* = 2。这种现象在其他族中也观察到。例如,氧的电子亲和力小于硫的电子亲和力。第二周期中所有元素的电子亲和力都小于它们下面的元素,这是因为第二周期中元素的电子云非常小,导致电子排斥比其他族更大。

非金属往往具有最高的电子亲和力

[编辑 | 编辑源代码]

总的来说,元素周期表显示的总体趋势类似于下面的趋势。

第四周期主族元素的电子亲和力
元素 电子构型 电子亲和力
钾 (K) [Ar]4s1 −48 kJ/mol
钙 (Ca) [Ar]4s2 −2.4 kJ/mol
镓 (Ga) [Ar]4s24p1 −29 kJ/mol
锗 (Ge) [Ar]4s24p2 −118 kJ/mol
砷 (As) [Ar]4s24p3 −77 kJ/mol
硒 (Se) [Ar]4s24p4 −195 kJ/mol
溴 (Br) [Ar]4s24p5 −325 kJ/mol
氪 (Kr) [Ar]4s24p6   0 kJ/mol

原子电子亲和力的总体趋势几乎与电离能的趋势相同。这是因为电子亲和力和电离能都与原子大小密切相关。大的原子具有低的电离能和低的电子亲和力。因此,它们倾向于失去电子,而不倾向于获得电子。总的来说,小的原子则相反。由于它们很小,因此具有较高的电离能和较高的电子亲和力。因此,小原子倾向于获得电子,而不倾向于失去电子。该规则的主要例外是稀有气体。它们是小的原子,并且遵循电离能的总体趋势。然而,稀有气体不遵循电子亲和力的总体趋势。即使稀有气体是小的原子,它们的外部能量层也完全充满了电子,因此,添加的电子不能进入它们的外部能量层。添加到稀有气体的任何电子都必须是新(更大)能量层中的第一个电子。这导致稀有气体基本上没有电子亲和力。下一章将更详细地讨论这个概念。

当原子变成离子时,该过程涉及通过电子亲和力释放的能量或通过电离能吸收的能量。因此,需要大量能量才能释放电子的原子最有可能是在接受电子时释放最多能量的原子。换句话说,非金属最容易获得电子,因为它们具有较高的电子亲和力和较高的电离能;而金属会失去电子,因为它们具有较低的电离能和较低的电子亲和力。

现在让我们将这个最后的周期性趋势添加到我们的元素周期表表示中,我们的周期性趋势就完成了。

元素周期表的开发和排列进行了检查(需要免费注册)。视频点播 – 化学世界 – 元素周期表.

课程摘要

[edit | edit source]
  • 电子亲和力是在将一个电子添加到气态原子或离子时所需的(或释放的)能量。电子亲和力通常沿族向上增加,并沿周期从左到右增加。
  • 非金属倾向于具有最高的电子亲和力。

复习题

[edit | edit source]
  1. 定义电子亲和力并给出示例方程式。
  2. 选择每对元素中电子亲和力较低的元素
    (a) Li 或 N
    (b) Na 或 Cl
    (c) Ca 或 K
    (d) Mg 或 F
  3. 为什么钙的电子亲和力远高于钾的电子亲和力?
  4. 绘制元素周期表的视觉表示,描述电子亲和力的趋势。
  5. 以下哪种元素的电子亲和力最大?
    (a) Se
    (b) F
    (c) Ne
    (d) Br
  6. 以下哪种元素的电子亲和力最小?
    (a) Na
    (b) Ne
    (c) Al
    (d) Rb
  7. 将以下元素按电子亲和力递增的顺序排列:Te、Br、S、K、Ar。
  8. 将以下元素按电子亲和力递减的顺序排列:S、Sn、Pb、F、Cs。
  9. 描述第三周期元素电子亲和力的趋势。是否存在异常?解释。
  10. 比较硫(S)和磷(P)的电子亲和力(EA)
    (a) S 的 EA 较高,因为它的半径较小。
    (b) P 的 EA 较高,因为它的半径较小。
    (c) S 的 EA 较高,因为它的 _p_ 子层半满。
    (d) P 的 EA 较高,因为它的 _p_ 子层半满。
    (e) 它们的 EA 相同,因为它们在元素周期表中相邻。

词汇表

[edit | edit source]
电子亲和力
将一个电子添加到气态原子或离子中所需的能量。


电离能 · 离子及其形成的化合物

本材料改编自可在此处找到的原始 CK-12 图书here。本作品根据知识共享署名-相同方式共享 3.0 美国许可协议进行授权。

华夏公益教科书