Ηλεκτρονική συγγένεια

Η ηλεκτρονική συγγένεια είναι η μεταβολή ενέργειας όταν ένα ουδέτερο αέριο άτομο προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο και σχηματίζει ένα αέριο ανιόν. Με απλά λόγια, δείχνει πόσο ευνοϊκό είναι για ένα απομονωμένο άτομο στην αέρια φάση να δεχτεί ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο.

Αν θυμάσαι μία μόνο συνθήκη, να θυμάσαι αυτή: η ηλεκτρονική συγγένεια ορίζεται για αέριο άτομο, όχι για άτομο που βρίσκεται ήδη μέσα σε δεσμό, σε διάλυμα ή σε στερεό.

Η βασική διεργασία είναι:

$$\text{X}(g) + e^- \rightarrow \text{X}^-(g)$$

Αν αυτή η διεργασία απελευθερώνει ενέργεια, η πρώτη ηλεκτρονική συγγένεια είναι ευνοϊκή. Μερικοί πίνακες δίνουν την απελευθερούμενη ενέργεια ως θετικό αριθμό, ενώ άλλοι δίνουν τη διεργασία ως αρνητική μεταβολή ενέργειας. Γι’ αυτό η σύμβαση προσήμου είναι τόσο σημαντική σε αυτό το θέμα.

Τι μετρά η ηλεκτρονική συγγένεια

Η ηλεκτρονική συγγένεια αφορά την προσθήκη ενός ηλεκτρονίου σε ένα μόνο ουδέτερο άτομο στην αέρια φάση. Δεν σου λέει άμεσα τι συμβαίνει σε κάθε πραγματική αντίδραση, γιατί οι πραγματικές αντιδράσεις εξαρτώνται επίσης από τους δεσμούς, τον διαλύτη, την ενέργεια πλέγματος και άλλους παράγοντες.

Είναι επίσης εύκολο να μπερδέψει κανείς την ηλεκτρονική συγγένεια με συγγενείς έννοιες. Η ηλεκτρονική συγγένεια αφορά την προσθήκη ηλεκτρονίου σε απομονωμένο άτομο. Δεν είναι το ίδιο με την ηλεκτραρνητικότητα, η οποία περιγράφει πόσο ισχυρά ένα άτομο έλκει τα κοινά ηλεκτρόνια σε έναν δεσμό.

Γιατί η σύμβαση προσήμου μπορεί να φαίνεται ανάποδη

Διαφορετικά σχολικά βιβλία και πίνακες δεδομένων χρησιμοποιούν διαφορετικές συμβάσεις προσήμου.

Αν ένας πίνακας δίνει την ηλεκτρονική συγγένεια ως απελευθερούμενη ενέργεια, μια πιο ευνοϊκή τιμή φαίνεται πιο θετική. Αν ένας πίνακας δίνει τη μεταβολή ενέργειας της ίδιας της διεργασίας, μια πιο ευνοϊκή τιμή φαίνεται πιο αρνητική. Πριν συγκρίνεις αριθμούς, έλεγξε ποια σύμβαση χρησιμοποιεί η πηγή σου.

Η πρώτη και η δεύτερη ηλεκτρονική συγγένεια δεν είναι το ίδιο

Η πρώτη ηλεκτρονική συγγένεια αφορά την προσθήκη ενός ηλεκτρονίου σε ουδέτερο άτομο:

$\text{X}(g) + e^- \rightarrow \text{X}^-(g)$

Η δεύτερη ηλεκτρονική συγγένεια αφορά την προσθήκη ηλεκτρονίου σε ανιόν:

$\text{X}^-(g) + e^- \rightarrow \text{X}^{2-}(g)$

Αυτά δεν είναι παρόμοια βήματα. Το δεύτερο βήμα είναι συνήθως πολύ λιγότερο ευνοϊκό, επειδή το εισερχόμενο ηλεκτρόνιο απωθείται από ένα είδος που έχει ήδη αρνητικό φορτίο.

Λυμένο παράδειγμα: Χλώριο

Το χλώριο είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα, επειδή ένα ουδέτερο άτομο χλωρίου συνήθως απελευθερώνει ενέργεια όταν προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο:

$$\text{Cl}(g) + e^- \rightarrow \text{Cl}^-(g)$$

Γιατί αυτό είναι ευνοϊκό; Ένα άτομο χλωρίου έχει διαμόρφωση σθένους $3s^2 3p^5$, οπότε η πρόσληψη ενός ηλεκτρονίου δίνει $3s^2 3p^6$. Αυτό συμπληρώνει το υποστιβάδα $3p$ και κάνει το απομονωμένο ανιόν χαμηλότερο ενεργειακά απ’ όσο θα περίμενες αν κοιτούσες μόνο το ουδέτερο άτομο.

Αυτό δεν σημαίνει ότι το χλώριο θα προσλάβει ηλεκτρόνιο σε κάθε πραγματικό χημικό περιβάλλον. Σημαίνει μόνο ότι, για το απομονωμένο άτομο στην αέρια φάση, αυτή η προσθήκη ενός ηλεκτρονίου είναι ενεργειακά ευνοϊκή.

Τάση της ηλεκτρονικής συγγένειας στον περιοδικό πίνακα

Γενικά, η πρώτη ηλεκτρονική συγγένεια γίνεται πιο ευνοϊκή κατά μήκος μιας περιόδου από αριστερά προς τα δεξιά. Κατεβαίνοντας σε μια ομάδα, συχνά γίνεται λιγότερο ευνοϊκή, αν και το μοτίβο δεν είναι απόλυτα ομαλό.

Αυτή η τάση είναι μόνο ένας οδηγός. Το ατομικό μέγεθος, η δομή των υποστιβάδων και η άπωση ηλεκτρονίου-ηλεκτρονίου μπορούν να αλλάξουν το μοτίβο. Ένα κλασικό παράδειγμα είναι ότι η πρώτη ηλεκτρονική συγγένεια του χλωρίου είναι ελαφρώς πιο ευνοϊκή από του φθορίου, παρόλο που το φθόριο βρίσκεται πάνω από το χλώριο στην ίδια ομάδα.

Συνηθισμένα λάθη που κάνουν οι μαθητές

Σύγχυση της ηλεκτρονικής συγγένειας με την ηλεκτραρνητικότητα

Η ηλεκτρονική συγγένεια είναι μεταβολή ενέργειας όταν ένα απομονωμένο άτομο προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο. Η ηλεκτραρνητικότητα είναι η τάση ενός ατόμου να έλκει κοινά ηλεκτρόνια σε έναν δεσμό. Είναι συγγενείς έννοιες, αλλά απαντούν σε διαφορετικά ερωτήματα.

Σύγχυση με την ενέργεια ιοντισμού

Η ενέργεια ιοντισμού είναι η ενέργεια που απαιτείται για την αφαίρεση ενός ηλεκτρονίου:

$$\text{X}(g) \rightarrow \text{X}^+(g) + e^-$$

Η ηλεκτρονική συγγένεια πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση, επειδή προστίθεται ηλεκτρόνιο και δεν αφαιρείται.

Παράβλεψη της σύμβασης προσήμου

Αν μια πηγή δίνει την ευνοϊκή ηλεκτρονική συγγένεια ως θετική και μια άλλη ως αρνητική, οι αριθμοί μπορεί να φαίνονται αντιφατικοί, ακόμη κι όταν περιγράφουν την ίδια χημεία. Πάντα να ελέγχεις πώς ορίζει ο πίνακας το πρόσημο.

Υπόθεση ότι το δεύτερο ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο

Η προσθήκη ηλεκτρονίου σε ουδέτερο άτομο και η προσθήκη ηλεκτρονίου σε ανιόν δεν είναι ισοδύναμα βήματα. Η δεύτερη προσθήκη είναι συνήθως πολύ λιγότερο ευνοϊκή για ένα απομονωμένο είδος.

Πότε είναι χρήσιμη η ηλεκτρονική συγγένεια

Η ηλεκτρονική συγγένεια είναι χρήσιμη όταν συγκρίνεις περιοδικές τάσεις, εξηγείς γιατί ορισμένα άτομα σχηματίζουν ανιόντα πιο εύκολα από άλλα ή όταν ξεχωρίζεις αυτή την έννοια από την ηλεκτραρνητικότητα και την ενέργεια ιοντισμού.

Είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στην εισαγωγική χημεία, επειδή χτίζει διαίσθηση χωρίς να προσποιείται ότι κάθε άτομο ακολουθεί μια τέλεια τάση.

Ένας γρήγορος τρόπος να ελέγξεις αν το κατάλαβες

Κάνε δύο ερωτήσεις:

1. Μιλάω για ένα ουδέτερο αέριο άτομο που προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο;
2. Η πηγή μου χρησιμοποιεί τιμές απελευθερούμενης ενέργειας ή τιμές μεταβολής ενέργειας με πρόσημο;

Αν και τα δύο είναι ξεκάθαρα, η έννοια συνήθως γίνεται πολύ πιο εύκολη στην ερμηνεία.

Δοκίμασε μια παρόμοια σύγκριση

Σύγκρινε την πρώτη ηλεκτρονική συγγένεια του χλωρίου με εκείνη του νατρίου. Αυτή η αντίθεση είναι ένα καλό επόμενο βήμα, επειδή ελέγχει τόσο την περιοδική τάση όσο και τη σημασία μιας ευνοϊκής πρώτης ηλεκτρονικής συγγένειας.