基础:原子结构与周期性

电子亲和能

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如果说电离能问的是原子多不情愿交出一个电子,电子亲和能问的就是相反的问题:一个气态原子多么渴望接纳一个额外的电子?它是把一个电子加到中性气态原子上、生成负离子时的能量变化。对许多原子来说这会放出能量(新电子落进一个受欢迎的位子),所以按常用约定,一个很大的负数意味着对电子的强烈胃口。

其机理是电离的反面。一个有效核电荷高、价层又部分空着的原子,能拉进一个额外电子并降低自身能量——卤素是冠军,因为加一个电子正好填满它们的外层。沿一个周期向右,电子亲和能一般变得更负(放出更多能量),在卤素附近达到峰值,然后在稀有气体处崩塌——它们外层已满,反而抗拒新电子。这个规律比电离能更颠簸:氮以及 p 亚层半满的那一族不太愿意接纳电子;而给氟这样又小又拥挤的原子加电子,比给氯加略微不利,因为紧凑的 2p 层里电子间排斥强。

电子亲和能之所以重要,是因为它是离子化合物为何形成的一半故事:金属交出电子(由电离能支配),非金属抓住电子(由电子亲和能支配),整体的能量账则在玻恩–哈伯循环里结清。两个诚实的提醒:符号约定确实容易混(有的书把电子亲和能记为正的「放出能量」,有的记为负的焓变),所以务必核对;其次,第二电子亲和能(给已经带负电的离子再加一个电子)总是吸热的,因为你是在把一个电子硬塞给一个已经在排斥它的东西。

氯的电子亲和能是最有利的之一(放出约 -349 kJ/mol),这正是 Cl 容易变成 Cl- 的原因——而氟的略逊一筹(约 -328 kJ/mol),因为它小小的 2p 层太挤了。

氯胜过氟——小原子会挤压新来的电子。

留意符号约定:放热的得电子过程常被记作负的焓变,但有时又记作正的「亲和能」。稀有气体和碱土金属的数值接近零或不利——已满的壳层或已满的 s 层并不想要更多电子。

又称
electron gain enthalpyEA电子亲合能电子亲和势