Afinitat electrònica

L'afinitat electrònica o electroafinitat d'una molècula o d'un àtom és l'energia despresa quan s'afegeix un electró a un àtom neutre per formar un ió negatiu. Aquesta propietat només es pot mesurar en un àtom en estat gasós.

X + e⁻ → X⁻

L'afinitat electrònica, E_ea, es defineix com a positiva quan l'ió resultant és de més baixa energia, és a dir que és un procés exotèrmic que allibera energia:

E_ea = E_initial − E_final

Alternativament, l'afinitat electrònica sovint es descriu com la quantitat d'energia requerida per separar un electró d'un ió negatiu de càrrega unitària,^[1] per exemple, l'intercanvi d'energia en el procés:

X⁻ → X + e⁻

Una molècula o àtom que té una afinitat electrònica positiva sovint s'anomena acceptor d'electrons i pot comportar reaccions de transferència de càrrega.

Afinitats electròniques dels elements

Malgrat que E_ea varien molt al llarg de la taula periòdica, sorgeixen alguns patrons en els elements. Els no-metalls tenen E_ea més positiva que els metalls. Els àtoms els anions dels quals són més estable que els àtoms neutres teen E_ea més gran. El clor atrau més fortament electrons extres; mercuri atrau més feblement un electró extra. Les afinitats electròniques dels gasos nobles no s'han mesurat de manera concloent, per tant ells poden o no poden tenir valors lleugerament negatius.

E_ea generalment s'incrementa a través del la filera en la taula periòdica. Això és a causa de l'ompliment de la capa de valència en l'àtom; un grup àtom 7A allibera més energia que un grup àtom 1A quan guanya un electró perquè obté una capa de valència i per tant és més estable.

Es pot esperar la tendència de la disminució d'E_ea anant cap avall de la taula periòdica. Però un contraexemple es troba en el grup 2A, i aquesta tendència només s'aplica al grup d'àtoms 1A. L'afinitat electrònica segueix la tendència d'electronegativitat. El fluor (F) té una afinitat electrònica més alta que l'oxigen, etcètera.

Les dades següents s'expressen en kJ/mol. Els elements marcats amb un asterisc s'espera que tinguin afinitats electròniques properes al zero en mecànica quàntica.

Grup

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Període

1

H 73[2]

He *

2

Li 60[3]

Be *

B 27[4]

C 122[5]

N *

O 141[6]

F 328[7]

Ne *

3

Na 53[6]

Mg *

Al 42[8]

Si 134[5][7]

P 72[6]

S 200[9]

Cl 349[10]

Ar *

4

K 48[11]

Ca 2[12]

Sc 18[13]

Ti 8[14]

V 51[6]

Cr 65[15]

Mn *

Fe 15[16]

Co 64[17]

Ni 112[17]

Cu 119[15]

Zn *

Ga 41[18]

Ge 119[5]

As 79[19]

Se 195[20]

Br 324[21]

Kr *

5

Rb 47[22]

Sr 5[23]

Y 30[13]

Zr 41[6]

Nb 86[6]

Mo 72[15]

Tc *

Ru 101[24]

Rh 110[17]

Pd 54[17]

Ag 126[15]

Cd *

In 39[25]

Sn 107[5]

Sb 101[26]

Te 190[6]

I 295[10]

Xe *

6

Cs 45[4]

Ba 14[27]

Lu

Hf

Ta 31[6]

W 79[6]

Re *

Os 104[28]

Ir 150[29]

Pt 205[29]

Au 223[6]

Hg *

Tl 36[30]

Pb 35[6]

Bi 91[31]

Po

At

Rn *

7

Fr

Ra

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

Taula periòdica dels elements d'afinitats electròniques, en KJ/mol

Referències

1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2a ed. ("The Gold Book") (1997). Versió corregida en línia:  (2006–) "Electron affinity" (en anglès).
2. Lykke, K.R.; Murray, K.K.; Lineberger, W.C. (1991). Threshold Photodetachment of H⁻. Phys. Rev. A 43:6104–7. doi:10.1103/PhysRevA.43.6104
3. Haeffler, G.; Hanstorp, G.; Kiyan, I.; Klinkmüller, A.E.; Ljungblad, U.; Pegg, D.J. (1996a). Electron affinity of Li: A state-selective measurement. Phys. Rev. A 53:4127–31 doi:10.1103/PhysRevA.53.4127
4. Scheer, M.; Bilodeau, R.C.; Haugen, H.K. (1998). Negative ion of boron: An experimental study of the ³P ground state. Phys. Rev. Lett. 80:2562–65 doi:10.1103/PhysRevLett.80.2562
5. Scheer, M.; Bilodeau, R.C.; Brodie, C.A.; Haugen, H.K. (1998a). Systematic study of the stable states of C⁻, Si⁻, Ge⁻, and Sn⁻ via infrared laser spectroscopy. Phys. Rev. A 58:2844–56 doi:10.1103/PhysRevA.58.2844
6. Hotop, H.; Lineberger, W.C. (1985). "Binding energies in atomic negative ions. II". Journal of Physical and Chemical Reference Data 14:731 doi:10.1063/1.555735
7. Blondel, C.; Delsart, C.; Goldfarb, F. (2001). Electron spectrometry at the μeV level and the electron affinities of Si and F. Journal of Physics B 34:L281–88 doi:10.1088/0953-4075/34/9/101
8. Scheer, M.; Bilodeau, RC; Thogresen, J.; Haugen, HK (1998b). Threshold Photodetachment of Al⁻: Electron Affinity and Fine Structure. Phys. Rev. A 57:R1493–96 doi:10.1103/PhysRevA.57.R1493
9. Blondel, C. (1995). "Recent experimental achievements with negative ions". Physica Scripta T58:31 doi:10.1088/0031-8949/1995/T58/004
10. Moore, C.E. (1970). National Standard Reference Data Series 34, Washington: National Bureau of Standards, U.S. Government Printing Office.
11. Andersson, K.T.; Sandstrom, J.; Kiyan, I.Y.; Hanstorp, D.; Pegg, D.J. (2000). Measurement of the electron affinity of potassium. Phys. Rev. A 62:022503 doi:10.1103/PhysRevA.62.022503
12. Petrunin, V.V.; Andersen, H.H.; Balling, P.; Andersen, T. (1996). Structural Properties of the Negative Calcium Ion: Binding Energies and Fine-structure Splitting. Phys. Rev. Lett. 76:744–47 doi:10.1103/PhysRevLett.76.744
13. Feigerle, C.S.; Herman, Z.; Lineberger, W.C. (1981). Laser Photoelectron Spectroscopy of Sc- and Y-: A Determination of the Order of Electron Filling in Transition Metal Anions. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 23:441–50 doi:10.1016/0368-2048(81)85050-5
14. Ilin, R.N.; Sakharov, V.I.; Serenkov, I.T. (1987). "Study of Titanium Negative Ion Using Method of Electron Detachment by an Electric Field". Optics and Spectroscopy (USSR) 62:578.
15. Bilodeau, R.C.; Scheer, M.; Haugen, H.K. (1998). Infrared Laser Photodetachment of Transition Metal Negative Ions: Studies on Cr⁻, Mo⁻, Cu⁻, and Ag⁻. Journal of Physics B 31:3885–91 doi:10.1088/0953-4075/31/17/013
16. Leopold, D.G.; Lineberger, W.C. (1986). A study of the low-lying electronic states of Fe₂ and Co₂ by negative ion photoelectron spectroscopy. Journal of Chemical Physics 85:51–55 doi:10.1063/1.451630
17. Scheer, M.; Brodie, C.A.; Bilodeau, R.C.; Haugen, H.K. (1998c). Laser spectroscopic measurements of binding energies and fine-structure splittings of Co⁻, Ni⁻, Rh⁻, and Pd⁻. Phys. Rev. A 58:2051–62 doi:10.1103/PhysRevA.58.2051
18. Williams, W.W.; Carpenter, D.L.; Covington, A.M.; Koepnick, M.C.; Calabrese, D.; Thompson, J.S. (1998a). Laser photodetachment electron spectrometry of Ga⁻. Journal of Physics B 31:L341–45 doi:10.1088/0953-4075/31/8/003
19. Lippa, T.P.; Xu, S.J.; Lyapustina, S.A.; Nilles, J.M.; Bowen, K.H. (1998). Photoelectron spectroscopy of As⁻, As₂⁻, As₃⁻, As₄⁻, and As₅⁻. Journal of Chemical Physics 109:10727–31 doi:10.1063/1.477771
20. Vandevraye, M.;Drag, C.; Blondel, C. (2012). Electron affinity of selenium measured by photodetachment microscopy. Phys. Rev. A 85:015401 doi:10.1103/PhysRevA.85.015401
21. Blondel, C.; Cacciani, P.; Delsart, C.; Trainham, R. (1989). High Resolution Determination of the Electron Affinity of Fluorine and Bromine using Crossed Ion and Laser Beams. Phys. Rev. A 40:3698–3701 doi:10.1103/PhysRevA.40.3698
22. Frey, P.; Breyer, F.; Hotop, H. (1978). High Resolutions Photodetachment from the Rubidium Negative Ion around the Rb(5p_½) Threshold. Journal of Physics B 11:L589–94 doi:10.1088/0022-3700/11/19/005
23. Andersen, H.H.; Petrunin, V.V.; Kristensen, P.; Andersen, T. (1997). Structural properties of the negative strontium ion: Binding energy and fine-structure splitting. Phys. Rev. A 55:3247–49 doi:10.1103/PhysRevA.55.3247
24. Norquist, P.L.; Beck, D.R.; Bilodeau, R.C.; Scheer, M.; Srawley, R.A.; Haugen, H.K. (1999). Theoretical and experimental binding energies for the d⁷s² ⁴F levels in Ru⁻, including calculated hyperfine structure and M1 decay rates. Phys. Rev. A 59:1896–1902 doi:10.1103/PhysRevA.59.1896
25. Williams, W.W.; Carpenter, D.L.; Covington, A.M.; Thompson, J.S.; Kvale, T.J.; Seely, D.G. (1998b). Fine-Structure-Resolved Laser Photodetachment Electron Spectroscopy of In⁻. Phys. Rev. A 58:3582–84 doi:10.1103/PhysRevA.58.3582
26. Scheer, M.; Haugen, H.K.; Beck, D.R. (1997). Single- and Multiphoton Infrared Laser Spectroscopy of Sb⁻: A Case Study. Phys. Rev. Lett. 79:4104–7 doi:10.1103/PhysRevLett.79.4104
27. Petrunin, V.V.; Volstad, J.D.; Balling, P.; Kristensen, K.; Andersen, T. (1995). Resonant Ionization Spectroscopy of Ba⁻: Metastable and Stable Ions. Phys. Rev. Lett. 75:1911–14 doi:10.1103/PhysRevLett.75.1911
28. Bilodeau, R.C.; Haugen, H.K. (2000). "Experimental studies of Os⁻: Observation of a bound-bound electric dipole transition in an atomic negative ion". Phys. Rev. Lett. 85:534–37 doi:10.1103/PhysRevLett.85.534
29. Bilodeau, R.C.; Scheer, M.; Haugen, H.K.; Brooks, R.L. (1999). Near-threshold Laser Spectroscopy of Iridium and Platinum Negative Ions: Electron Affinities and the Threshold Law. Phys. Rev. A 61:012505 doi:10.1103/PhysRevA.61.012505
30. Carpenter, D.L.; Covington, A.M.; Thompson J.S. (2000). Laser Photodetachment Electron Spectroscopy of Tl⁻. Phys. Rev. A 61:042501 doi:10.1103/PhysRevA.61.042501
31. Bilodeau, R.C.; Haugen, H.K. (2001). "Electron affinity of Bi using infrared laser photodetachment threshold spectroscopy". Phys. Rev. A 64:024501 doi:10.1103/PhysRevA.64.024501

Bibliografia

• Tro, Nivaldo J. (2008). Chemistry: A Molecular Approach (2nd Edn.). New Jersey: Pearson Prentice Hall ISBN 0-13-100065-9. pp. 348–349.

Enllaços externs

• Electron affinity Arxivat 2007-06-09 a Wayback Machine., definition from the IUPAC Gold Book