高中化學/電子親和力

我們討論的最後一個週期性趨勢是電子親和力。我們已經討論了原子結構、電子構型、原子大小和電離能。現在，我們將研究的最後一個週期性趨勢是原子如何獲得電子以及元素週期表中存在的趨勢。

課程目標

定義電子親和力。
描述元素週期表中電子親和力的趨勢。

原子獲得電子時的能量過程

原子可以獲得或失去電子。當原子獲得電子時，能量被釋放，稱為電子親和力。電子親和力定義為將一個電子新增到氣態原子或離子時釋放的能量。

{\text{T}}+e^{-}\rightarrow {\text{T}}^{-}\,\!

當大多數涉及將電子新增到氣態原子的反應發生時，勢能被釋放。

${\text{Br}}+e^{-}\,\!$	$\rightarrow \,\!$	${\text{Br}}^{1-}\,\!$
$[{\text{Ar}}]4s^{2}4p^{5}\,\!$		$[{\text{Ar}}]4s^{2}4p^{6}\,\!$

讓我們看一下一些元素的電子構型以及在族和週期內形成的趨勢。看一下表 10.10，鹵素族的電子親和力。

表 10.10：17 族元素的電子親和力
元素	電子構型	電子親和力，kJ/mol
氟 (F)	[He]2s²2p⁵	−328
氯 (Cl)	[Ne]3s²3p⁵	−349
溴 (Br)	[Ar]4s²4p⁵	−325
碘 (I)	[Kr]5s²5p⁵	−295

如您所見，電子親和力通常會隨著原子尺寸的增加而降低（變得不那麼負）。請記住，位於同一個族但週期表中位置較低的原子更大，因為有更多的電子填充了更多的能級。例如，氯原子比碘原子小；或者，氧原子比硫原子小。當電子被新增到一個大原子時，釋放的能量更少，因為電子不能像在小原子中那樣靠近原子核。因此，隨著族中原子變得越來越大，電子親和力越來越小。

當涉及某些小原子時，這是一個例外。氟的電子親和力很可能小於氯，這是由於電子之間的電子間排斥，其中 *n* = 2。這種現象在其他族中也觀察到。例如，氧的電子親和力小於硫的電子親和力。第二週期中所有元素的電子親和力都小於它們下面的元素，這是因為第二週期中元素的電子雲非常小，導致電子排斥比其他族更大。

非金屬往往具有最高的電子親和力

總的來說，元素週期表顯示的總體趨勢類似於下面的趨勢。

第四周期主族元素的電子親和力
元素	電子構型	電子親和力
鉀 (K)	[Ar]4s¹	−48 kJ/mol
鈣 (Ca)	[Ar]4s²	−2.4 kJ/mol
鎵 (Ga)	[Ar]4s²4p¹	−29 kJ/mol
鍺 (Ge)	[Ar]4s²4p²	−118 kJ/mol
砷 (As)	[Ar]4s²4p³	−77 kJ/mol
硒 (Se)	[Ar]4s²4p⁴	−195 kJ/mol
溴 (Br)	[Ar]4s²4p⁵	−325 kJ/mol
氪 (Kr)	[Ar]4s²4p⁶	0 kJ/mol

原子電子親和力的總體趨勢幾乎與電離能的趨勢相同。這是因為電子親和力和電離能都與原子大小密切相關。大的原子具有低的電離能和低的電子親和力。因此，它們傾向於失去電子，而不傾向於獲得電子。總的來說，小的原子則相反。由於它們很小，因此具有較高的電離能和較高的電子親和力。因此，小原子傾向於獲得電子，而不傾向於失去電子。該規則的主要例外是稀有氣體。它們是小的原子，並且遵循電離能的總體趨勢。然而，稀有氣體不遵循電子親和力的總體趨勢。即使稀有氣體是小的原子，它們的外部能量層也完全充滿了電子，因此，新增的電子不能進入它們的外部能量層。新增到稀有氣體的任何電子都必須是新（更大）能量層中的第一個電子。這導致稀有氣體基本上沒有電子親和力。下一章將更詳細地討論這個概念。

當原子變成離子時，該過程涉及透過電子親和力釋放的能量或透過電離能吸收的能量。因此，需要大量能量才能釋放電子的原子最有可能是在接受電子時釋放最多能量的原子。換句話說，非金屬最容易獲得電子，因為它們具有較高的電子親和力和較高的電離能；而金屬會失去電子，因為它們具有較低的電離能和較低的電子親和力。

現在讓我們將這個最後的週期性趨勢新增到我們的元素週期表表示中，我們的週期性趨勢就完成了。

元素週期表的開發和排列進行了檢查（需要免費註冊）。影片點播 – 化學世界 – 元素週期表.

課程摘要

電子親和力是在將一個電子新增到氣態原子或離子時所需的（或釋放的）能量。電子親和力通常沿族向上增加，並沿週期從左到右增加。
非金屬傾向於具有最高的電子親和力。

複習題

定義電子親和力並給出示例方程式。
選擇每對元素中電子親和力較低的元素
(a) Li 或 N

(b) Na 或 Cl

(c) Ca 或 K

(d) Mg 或 F
為什麼鈣的電子親和力遠高於鉀的電子親和力？
繪製元素週期表的視覺表示，描述電子親和力的趨勢。
以下哪種元素的電子親和力最大？
(a) Se

(b) F

(c) Ne

(d) Br
以下哪種元素的電子親和力最小？
(a) Na

(b) Ne

(c) Al

(d) Rb
將以下元素按電子親和力遞增的順序排列：Te、Br、S、K、Ar。
將以下元素按電子親和力遞減的順序排列：S、Sn、Pb、F、Cs。
描述第三週期元素電子親和力的趨勢。是否存在異常？解釋。
比較硫（S）和磷（P）的電子親和力（EA）
(a) S 的 EA 較高，因為它的半徑較小。

(b) P 的 EA 較高，因為它的半徑較小。

(c) S 的 EA 較高，因為它的 _p_ 子層半滿。

(d) P 的 EA 較高，因為它的 _p_ 子層半滿。

(e) 它們的 EA 相同，因為它們在元素週期表中相鄰。

詞彙表

電子親和力: 將一個電子新增到氣態原子或離子中所需的能量。

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