电子亲和能是指中性气态原子获得一个电子形成气态阴离子时的能量变化。通俗地说,它表示一个处于气相中的孤立原子接受一个额外电子有多容易。
如果你只记住一个条件,那就记住这一点:电子亲和能是针对气态原子定义的,不是针对已经处在化学键、溶液或固体中的原子。
基本过程是:
如果这个过程释放能量,那么第一电子亲和能就是有利的。有些表格把释放出的能量记为正值,而另一些则把该过程本身记为负的能量变化。这就是为什么符号约定在这个主题中非常重要。
电子亲和能衡量什么
电子亲和能讨论的是:在气相中,给一个单独的中性原子加上一个电子。它并不能直接告诉你每个真实反应中会发生什么,因为真实反应还取决于成键、溶剂、晶格能以及其他因素。
电子亲和能也很容易和相关概念混淆。电子亲和能说的是给孤立原子加电子。它不同于电负性,电负性描述的是原子在化学键中吸引共用电子的能力。
为什么符号约定看起来会“反过来”
不同教材和数据表采用的符号约定并不相同。
如果某个表把电子亲和能记为释放的能量,那么数值越大、越正,表示越有利。如果某个表记录的是该过程本身的能量变化,那么越有利的数值反而越负。在比较数据之前,一定要先确认资料采用的是哪一种约定。
第一电子亲和能和第二电子亲和能并不一样
第一电子亲和能是指给中性原子加一个电子:
第二电子亲和能是指给阴离子再加一个电子:
这两个步骤并不相似。第二步通常不那么有利得多,因为新进入的电子会受到已经带负电粒子的排斥。
例题:氯
氯是一个很典型的例子,因为中性氯原子在获得一个电子时通常会释放能量:
为什么这个过程有利?氯原子的价层电子排布是 ,因此再得到一个电子后变成 。这样就填满了 亚层,使这个孤立阴离子的能量比你仅从中性原子出发所预期的更低。
这并不意味着氯在所有真实化学环境中都会得到一个电子。它只表示:对于孤立的气态原子来说,这一步加一个电子在能量上是有利的。
元素周期表中的电子亲和能趋势
一般来说,在同一周期中,从左到右,第一电子亲和能通常会变得更有利。沿同一族从上到下时,它往往会变得不那么有利,不过这种变化并不是完全平滑的。
这个趋势只能作为参考。原子大小、亚层结构以及电子—电子排斥都可能改变这种规律。一个标准例子是:尽管氟和氯在同一族且氟位于氯上方,但氯的第一电子亲和能略微比氟更有利。
学生常犯的错误
把电子亲和能和电负性混为一谈
电子亲和能是孤立原子获得一个电子时的能量变化。电负性是原子在化学键中吸引共用电子的倾向。它们彼此相关,但回答的问题并不相同。
把它和电离能混淆
电离能是移走一个电子所需要的能量:
电子亲和能则是相反的方向,因为这里是加入电子,而不是移走电子。
忽略符号约定
如果一个资料把有利的电子亲和能记为正值,而另一个记为负值,那么这些数字看起来可能彼此矛盾,即使它们描述的是同一种化学事实。一定要先看清表格如何定义符号。
以为第二个电子也会以同样方式加入
给中性原子加电子,和给阴离子再加电子,并不是等价的步骤。对于孤立粒子来说,第二次加电子通常要不利得多。
电子亲和能什么时候有用
当你比较周期趋势、解释为什么某些原子比其他原子更容易形成阴离子,或者把这个概念与电负性和电离能区分开时,电子亲和能就很有用。
它在化学入门阶段尤其有价值,因为它能帮助建立直觉,同时又不会假装每个原子都严格遵循完美的趋势。
快速检查你是否真正理解
问自己两个问题:
- 我讨论的是不是一个中性气态原子获得一个电子?
- 我的资料使用的是“释放能量”的数值,还是带符号的能量变化数值?
如果这两点都明确了,这个概念通常就会容易理解得多。
试着做一个类似比较
比较氯和钠的第一电子亲和能。这个对比是很好的下一步,因为它同时考查了周期趋势,以及“有利的第一电子亲和能”到底是什么意思。