AFFINITÉ ÉLECTRONIQUE: VARIATION DU TABLEAU PÉRIODIQUE ET EXEMPLES - CHIMIE - 2024

L' affinité électronique ou électro-affinité est une mesure de la variation énergétique d'un atome en phase gazeuse lorsqu'il incorpore un électron à sa couche de valence. Une fois que l'électron a été acquis par l'atome A, l'anion résultant A ^- peut ou non être plus stable que son état fondamental. Par conséquent, cette réaction peut être endothermique ou exothermique.

Par convention, lorsque le gain électronique est endothermique, un signe positif "+" est attribué à la valeur d'affinité électronique; En revanche, si elle est exothermique - c'est-à-dire qu'elle libère de l'énergie - cette valeur reçoit un signe négatif "-". Dans quelles unités ces valeurs sont-elles exprimées? En kJ / mol, ou en eV / atome.

Si l'élément était en phase liquide ou solide, ses atomes interagiraient les uns avec les autres. Cela entraînerait la dispersion de l'énergie absorbée ou libérée, en raison du gain électronique, parmi tous ceux-ci, ce qui donnerait des résultats peu fiables.

En revanche, en phase gazeuse, ils sont supposés isolés; en d'autres termes, ils n'interagissent avec rien. Ainsi, les atomes impliqués dans cette réaction sont: A (g) et A ^- (g). Ici (g) indique que l'atome est en phase gazeuse.

Première et deuxième affinités électroniques

Première

La réaction de gain électronique peut être représentée par:

A (g) + e ^- => A ^- (g) + E, ou comme A (g) + e ^- + E => A ^- (g)

Dans la première équation, E (énergie) se trouve sous forme de produit sur le côté gauche de la flèche; et dans la deuxième équation, l'énergie est comptée comme réactive, étant située sur le côté droit. En d'autres termes, le premier correspond à un gain électronique exothermique et le second à un gain électronique endothermique.

Cependant, dans les deux cas, un seul électron est ajouté à la couche de valence de l'atome A.

Seconde

Il est également possible qu'une fois l'ion négatif A ^{- formé}, il absorbe un autre électron:

A ^- (g) + e ^- => A ^2– (g)

Cependant, les valeurs de l'affinité du second électron sont positives, car les répulsions électrostatiques entre l'ion négatif A ^- et l'électron entrant e ^- doivent être surmontées.

Qu'est-ce qui détermine qu'un atome gazeux "reçoit" mieux un électron? La réponse se trouve essentiellement dans le noyau, dans l'effet de blindage des coques électroniques internes et dans la coque de valence.

Comment l'affinité électronique varie dans le tableau périodique

Dans l'image du haut, les flèches rouges indiquent les directions dans lesquelles l'affinité électronique des éléments augmente. À partir de là, l'affinité électronique peut être comprise comme une des propriétés périodiques supplémentaires, avec la particularité qu'elle comporte de nombreuses exceptions.

L'affinité électronique augmente en montant à travers les groupes et augmente également de gauche à droite le long du tableau périodique, en particulier autour de l'atome de fluor. Cette propriété est étroitement liée au rayon atomique et aux niveaux d'énergie de ses orbitales.

Variation par noyau et effet de blindage

Le noyau a des protons, qui sont des particules chargées positivement qui exercent une force d'attraction sur les électrons de l'atome. Plus les électrons sont proches du noyau, plus l'attraction qu'ils ressentent est grande. Ainsi, à mesure que la distance entre le noyau et les électrons augmente, plus les forces d'attraction sont faibles.

De plus, les électrons de la coque interne aident à "protéger" l'effet du noyau sur les électrons des couches les plus externes: les électrons de valence.

Cela est dû aux répulsions électroniques elles-mêmes entre leurs charges négatives. Cependant, cet effet est neutralisé en augmentant le numéro atomique Z.

Quel est le lien entre ce qui précède et l'affinité électronique? Qu'un atome gazeux A aura une plus grande tendance à gagner des électrons et à former des ions négatifs stables lorsque l'effet de blindage est supérieur aux répulsions entre l'électron entrant et ceux de la coquille de valence.

Le contraire se produit lorsque les électrons sont très éloignés du noyau et que les répulsions entre eux ne défavorisent pas le gain électronique.

Par exemple, descendre dans un groupe "ouvre" de nouveaux niveaux d'énergie, qui augmentent la distance entre le noyau et les électrons externes. C'est pour cette raison qu'au fur et à mesure que vous progressez dans les groupes, les affinités électroniques augmentent.

Variation par configuration électronique

Toutes les orbitales ont leurs niveaux d'énergie, donc si le nouvel électron occupe une orbitale d'énergie supérieure, l'atome devra absorber de l'énergie pour que cela soit possible.

De plus, la manière dont les électrons occupent les orbitales peut favoriser ou non le gain électronique, distinguant ainsi les différences entre les atomes.

Par exemple, si tous les électrons ne sont pas appariés dans les orbitales p, l'inclusion d'un nouvel électron provoquera la formation d'une paire appariée, qui exerce des forces répulsives sur les autres électrons.

C'est le cas de l'atome d'azote, dont l'affinité électronique (8kJ / mol) est plus faible que pour l'atome de carbone (-122kJ / mol).

Exemples

Exemple 1

Les première et deuxième affinités électroniques pour l'oxygène sont:

O (g) + e ^- => O ^- (g) + (141kJ / mol)

O ^- (g) + e ^- + (780kJ / mol) => O ^2– (g)

La configuration électronique pour O est 1s ² 2s ² 2p ⁴. Il existe déjà une paire d'électrons appariés, qui ne peut vaincre la force d'attraction du noyau; Par conséquent, le gain électronique libère de l' énergie après l'O stable ^- ion est formé.

Cependant, bien que l'O ^2– ait la même configuration que le néon de gaz rare, ses répulsions électroniques dépassent la force d'attraction du noyau, et une alimentation en énergie est nécessaire pour permettre à l'électron d'entrer.

Exemple 2

Si les affinités électroniques des éléments du groupe 17 sont comparées, on obtiendra:

F (g) + e ^- = F ^- (g) + (328 kJ / mol)

Cl (g) + e ^- = Cl ^- (g) + (349 kJ / mol)

Br (g) + e ^- = Br ^- (g) + (325 kJ / mol)

I (g) + e ^- = I ^- (g) + (295 kJ / mol)

De haut en bas - en descendant dans le groupe - les rayons atomiques augmentent, ainsi que la distance entre le noyau et les électrons externes. Cela provoque une augmentation des affinités électroniques; cependant, le fluor, qui devrait avoir la valeur la plus élevée, est plus nombreux que le chlore.

Parce que? Cette anomalie démontre l'effet des répulsions électroniques sur la force d'attraction et le faible blindage.

Parce que c'est un très petit atome, le fluor «condense» tous ses électrons dans un petit volume, provoquant une plus grande répulsion sur l'électron entrant que ses congénères plus volumineux (Cl, Br et I).

Références

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