انرژی الكترون خواهی (EA or Electron Afficiency)
به انرژی آزاد شده هنگام افزودن الكترون به اتم یا یون های گازی شكل انرژی الكترون خواهی گفته می شود و با EA نشان داده می شود. انرژی الكترون خواهی nام برای یک گونه که با EAn نشان داده می شود، بیانگر انرژی آزاد شده هنگام افزودن nامین الكترون به آن گونه در فاز گاز است. بعنوان مثال داریم:
الكترون خواهی معمولا با واحد الکترون ولت بازای هر اتم، مولکول یا یون یا واحد کیلوژول بر مول گزارش می شود. علامت انرژی الكترون خواهی معمولا برعکس آنچه در گرماشیمی و ترمودینامیک است، در نظر گرفته می شود. در گرماشیمی و ترمودینامیک مقدار انرژی مبادله شده در واکنشهای گرمازا ( واکنشهایی که همراه با آزاد کردن انرژی هستند) بصورت منفی و در واکنشهای گرماگیر ( واکنشهایی که همراه با گرفتن یا انرژی هستند) بصورت مثبت گزارش می شود، در حالیکه معمولا در الكترون خواهی، اگر واکنش گرفتن الکترون همراه با آزاد کردن انرژی باشد، انرژی الكترون خواهی بصورت مثبت و اگر واکنش گرفتن الکترون همراه با گرفتن یا مصرف کردن انرژی باشد، انرژی الكترون خواهی بصورت منفی گزارش می شود. بعنوان مثال انرژی الكترون خواهی اول اتم کربن در جداول برابر 122kJ/mol گزارش شده است و منظور از آن اینست که اتم کربن موقع گرفتن اولین الکترون باندازه 122kJ/mol انرژی آزاد می کند.
الکترون جدید اضافه شده با هسته جاذبه الکتریکی و با سایر الکترونها دافعه های الکتریکی برقرار خواهد کرد. واکنش الكترون خواهی هم ممکن است انرژی آزاد کند و هم ممکن است انرژی مصرف کند. آزادشدن انرژی بیانگر اهمیت بیشتر جاذبه الکترون جدید با هسته است، در حالیکه صرف کردن انرژی بیانگر اهمیت بیشتر دافعه الکترون جدید با دیگر الکترونهاست. در واکنش الكترون خواهی دوم و به بعد که الکترون منفی به یک یون منفی اضافه می شود، دافعه ها مهمترند و از این رو واکنش الكترون خواهی دوم و به بعد همواره نیازمند صرف انرژی است. واکنش الكترون خواهی اول برای اغلب اتمها همراه با آزادکردن انرژی است، اما برای برخی اتمها نیز ( مثل اتمهای گازهای نجیب و فلزات قلیائی خاکی) نیازمند صرف انرژی است که در ادامه به بررسی دقیقتر روند تغییرات الكترون خواهی اول خواهیم پرداخت. جدول بعدی مقادیر انرژی الكترون خواهی اول اتمها را بر حسب الکترون ولت بر اتم یا ev/atom نشان می دهد. اندازه گیری الكترون خواهی بصورت تجربی معمولا کاری دشوار و گاهی اوقات بعلت ناپایدار بودن آنیون حاصل ( مثل Ne- یا Mg-) غیرممکن است، از این رو در جدول بعدی جای الكترون خواهی برخی عناصر خالیست (مشخص شده با -) یا مقادیر تئوری بجای تجربی (مشخص شده با *) گزارش شده است.
نمودار بعدی هم مقادیر الكترون خواهی اول عناصر را بر حسب عدد اتمی آنها نشان می دهد که برای عناصر بدون الكترون خواهی اول مثبت مقدار الكترون خواهی اول صفر در نظر گرفته شده است و مقدار الكترون خواهی اول لانتانیدها (بعلت عدم وجود داده های تجربی) بعلت شباهتشان بهم با هم برابر فرض شده است.
با افزایش تمایل اتم به گرفتن الكترون در واكنش الكترون خواهی انرژی بیشتری آزاد می شود. نافلزات كه تمایل بیشتری برای الكترون دارند در واكنش الكترون خواهی معمولاً انرژی بیشتری در مقایسه با فلزات آزاد می کنند. به طور كلی با افزایش بار مؤثر هسته و كاهش شعاع اتم مقدار انرژی آزاد شده در واكنش الكترون خواهی اول افزایش می یابد. بعبارتی روند كلی، افزایش انرژی آزاد شده در واكنش الكترون خواهی اول از چپ به راست در یك دوره و از پایین به بالا در یك گروه است. دقت در مقادیر انرژی الكترون خواهی اول گزارش شده در جدل قبلی نشان می دهد که روند كلی یاد شده برای الكترون خواهی اول بخصوص در گروهها پر از استثناست. بعنوان مثال باوجود اینکه بار مؤثر هسته و انرژی یونش گازهای نجیب در یك دوره بیشترین است، دادن الكترون به آنها نیازمند صرف انرژی است. این مطلب از آنجا ناشی می شود که لایه ی آخر آنها پر است و الكترون جدید مجبور است به لایه ی دورتر برود که در آن هم بار موثر هسته خیلی کمتر است (تمام الکترونها برای الکترون جدید الکترون داخلی با اثر پوششی کامل یا تقریبا کامل محسوب می شوند) و هم فاصله از هسته بیشتر است. بعنوان مثال دیگر می توان اتم نیتروژن را در نظر گرفت که بار مؤثر هسته خوب و شعاع كوچكی دارد، با این وجود بعلت بهم خوردن آرایش نیمه پر پایدار نیتروژن در واکنش الكترون خواهی اول، آنیون پایداری نمی دهد و الکترونخواهی اول اتم نیتروژن در برخی منابع در حد صفر گزارش شده است و در برخی منابع دیگر بعلت ناپایدار بودن آنیون حاصل برای اتم نیتروژن الکترونخواهی اول گزارش نشده است. مثال دیگر مقایسه انرژی الكترون خواهی اول فلوئور و كلر است. فلوئور و كلر هر دو دارای بار مؤثر هسته زیاد هستند و از نظر آن چندان اختلاف ندارند ( بار مؤثر هسته برای آخرین الکترون فلوئور و کلر به ترتیب برابر 5.1 و 6.1 است)، اما فلوئور کوچکتر از کلر است ( شعاع اتمی فلوئور و کلر بر حسب آنگستروم به ترتیب برابر 0.64 و 0.99 است)، بنابراین الكترون خواهی اول بزرگتری برای فلوئور انتظار می رود. با این وجود انرژی الكترون خواهی اول برای فلوئور و کلر به ترتیب برابر 328 و 349 کیلوژول بر مول است که نشان می دهد الكترون خواهی اول کلر بزرگتر است و کلر انرژی بیشتری در مقایسه با فلوئور آزاد می کند. این مطلب بدین صورت توجیه می شود که فلوئور در ابتدا بعلت اندازه کوچکتر تمایل بیشتری برای الكترون دارد و موقع افزایش جزیی یا ناقص الکترون فلوئور بیشتر از کلر انرژی آزاد میکند، اما بعلت اندازه كوچك فلوئور زودتر از الکترون اشباع می شود و افزودن كامل یك الكترون دافعه ی بین الكترون ها را در فلوئور کوچک بطور چشمگیری افزایش می دهد و بعلت همین دافعه و ناپایداری ناشی از آن فلوئور در الكترون خواهی اول انرژی كمتری در مقایسه با كلر آزاد می كند. با توجه به مطالب بالا میتوان توجیه نمود که چرا اتم كلر در الكترون خواهی اول بیشترین انرژی را در بین سایر عناصر آزاد می كند.
همانگونه که برای اتمها انرژی الكترون خواهی در نظر می گیریم، می توانیم بطور مشابه برای مولکولها هم انرژی الكترون خواهی در نظر بگیریم که مقدار انرژی آزادشده موقع اضافه کردن الکترون به مولکول در فاز گاز خواهد بود. بعنوان مثال انرژی الكترون خواهی اول مولکول O2 انرژی آزادشده در واکنش زیر است:
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
**************************************************
سایت: www.youngchemist.com
مولف: محمد شاهی
نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com
**************************************************
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||