Affinità elettronica

L'affinità elettronica è la variazione di energia quando un atomo neutro allo stato gassoso acquista un elettrone per formare un anione gassoso. In parole semplici, indica quanto sia favorevole per un atomo isolato in fase gassosa accettare un elettrone in più.

Se devi ricordare una sola condizione, ricorda questa: l'affinità elettronica è definita per un atomo allo stato gassoso, non per un atomo già coinvolto in un legame, in una soluzione o in un solido.

Il processo di base è:

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

Se questo processo libera energia, la prima affinità elettronica è favorevole. Alcune tabelle riportano l'energia liberata come un numero positivo, mentre altre riportano il processo come una variazione di energia negativa. Ecco perché la convenzione di segno è così importante in questo argomento.

Che cosa misura l'affinità elettronica

L'affinità elettronica riguarda l'aggiunta di un elettrone a un singolo atomo neutro in fase gassosa. Non dice direttamente che cosa accade in ogni reazione reale, perché le reazioni reali dipendono anche dai legami, dal solvente, dall'energia reticolare e da altri effetti.

È anche facile confondere l'affinità elettronica con concetti collegati. L'affinità elettronica riguarda l'aggiunta di un elettrone a un atomo isolato. Non è la stessa cosa dell'elettronegatività, che descrive quanto fortemente un atomo attira gli elettroni condivisi in un legame.

Perché la convenzione di segno può sembrare invertita

Libri di testo e tabelle di dati diversi usano convenzioni di segno diverse.

Se una tabella riporta l'affinità elettronica come energia liberata, un valore più favorevole appare più positivo. Se una tabella riporta la variazione di energia del processo stesso, un valore più favorevole appare più negativo. Prima di confrontare i numeri, controlla quale convenzione usa la tua fonte.

Prima e seconda affinità elettronica non sono la stessa cosa

La prima affinità elettronica riguarda l'aggiunta di un elettrone a un atomo neutro:

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

La seconda affinità elettronica riguarda l'aggiunta di un elettrone a un anione:

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

Non si tratta di passaggi simili. Il secondo passaggio è di solito molto meno favorevole perché l'elettrone in arrivo è respinto da una specie che è già caricata negativamente.

Esempio svolto: il cloro

Il cloro è un ottimo esempio perché un atomo neutro di cloro di solito libera energia quando acquista un elettrone:

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

Perché questo è favorevole? Un atomo di cloro ha configurazione di valenza $3s^2 3p^5$, quindi acquistando un elettrone diventa $3s^2 3p^6$. Questo completa il sottolivello $3p$ e rende l'anione isolato meno energetico di quanto potresti aspettarti considerando solo l'atomo neutro.

Questo non significa che il cloro acquisterà un elettrone in ogni situazione chimica reale. Significa solo che, per l'atomo isolato in fase gassosa, questa aggiunta di un elettrone è energeticamente favorevole.

Andamento dell'affinità elettronica nella tavola periodica

In generale, la prima affinità elettronica diventa più favorevole lungo un periodo da sinistra a destra. Scendendo lungo un gruppo, spesso diventa meno favorevole, anche se l'andamento non è perfettamente regolare.

Questo andamento è solo una guida. Le dimensioni atomiche, la struttura dei sottolivelli e la repulsione elettrone-elettrone possono modificare il quadro. Un esempio classico è che la prima affinità elettronica del cloro è leggermente più favorevole di quella del fluoro, anche se il fluoro si trova sopra il cloro nello stesso gruppo.

Errori comuni degli studenti

Confondere l'affinità elettronica con l'elettronegatività

L'affinità elettronica è una variazione di energia per un atomo isolato che acquista un elettrone. L'elettronegatività è la tendenza di un atomo ad attirare elettroni condivisi in un legame. Sono concetti collegati, ma rispondono a domande diverse.

Confonderla con l'energia di ionizzazione

L'energia di ionizzazione è l'energia necessaria per rimuovere un elettrone:

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

L'affinità elettronica va nella direzione opposta perché un elettrone viene aggiunto, non rimosso.

Ignorare la convenzione di segno

Se una fonte indica un'affinità elettronica favorevole come positiva e un'altra la indica come negativa, i numeri possono sembrare in contraddizione anche quando descrivono la stessa chimica. Controlla sempre come la tabella definisce il segno.

Supporre che il secondo elettrone si comporti allo stesso modo

Aggiungere un elettrone a un atomo neutro e aggiungerlo a un anione non sono passaggi equivalenti. La seconda aggiunta è di solito molto meno favorevole per una specie isolata.

Quando l'affinità elettronica è utile

L'affinità elettronica è utile quando confronti gli andamenti periodici, spieghi perché alcuni atomi formano anioni più facilmente di altri, oppure distingui questo concetto da elettronegatività ed energia di ionizzazione.

È particolarmente utile nella chimica introduttiva perché costruisce intuizione senza fingere che ogni atomo segua un andamento perfetto.

Un modo rapido per verificare se hai capito

Poniti due domande:

1. Sto parlando di un atomo neutro allo stato gassoso che acquista un elettrone?
2. La mia fonte usa valori di energia liberata oppure valori con segno della variazione di energia?

Se entrambe le cose sono chiare, il concetto di solito diventa molto più facile da interpretare.

Prova un confronto simile

Confronta la prima affinità elettronica del cloro con quella del sodio. Questo contrasto è un ottimo passo successivo perché mette alla prova sia l'andamento periodico sia il significato di una prima affinità elettronica favorevole.