Τάση συγγένειας ηλεκτρονίων

Η τάση συγγένειας ηλεκτρονίων περιγράφει την τάση στον περιοδικό πίνακα και περιγράφει πόση ενέργεια σε ένα άτομο απελευθερώνεται ή δαπανάται όταν ένα ηλεκτρόνιο προστίθεται σε ένα ουδέτερο άτομο ή την αλλαγή ενέργειας που συμβαίνει όταν ένα ηλεκτρόνιο προστίθεται σε ένα ουδέτερο άτομο.

Η τάση της συγγένειας ηλεκτρονίων περιγράφει πώς καθώς ακολουθεί κανείς τον περιοδικό πίνακα η συγγένεια ηλεκτρονίων από αριστερά προς τα δεξιά αυξάνεται και πώς συνήθως μειώνεται καθώς κινείται προς τα κάτω μια ομάδα στοιχείων, από πάνω προς τα κάτω. Αν και αυτή είναι μια σύντομη περιγραφή της τάσης της συγγένειας ηλεκτρονίων, θα ήταν χρήσιμο να εμβαθύνουμε στη σχέση μεταξύ της συγγένειας ηλεκτρονίων και του περιοδικού πίνακα.

Μια ανανέωση στα άτομα

Τα άτομα αποτελούνται από τρία διαφορετικά μέρη:πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια βρίσκονται στο κέντρο του ατόμου, τον πυρήνα του ατόμου. Ο πυρήνας του ατόμου περιέχει σχεδόν όλη τη μάζα του ατόμου και τόσο τα νετρόνια όσο και τα πρωτόνια που αποτελούν το άτομο έχουν ουσιαστικά την ίδια μάζα (αν και η μάζα του πρωτονίου είναι ελαφρώς μικρότερη).

Τα πρωτόνια στο άτομο είναι θετικά φορτισμένα και ο αριθμός των πρωτονίων που βρίσκονται μέσα στον πυρήνα καθορίζει βασικά τι στοιχείο είναι ένα άτομο. Ο αριθμός των πρωτονίων μέσα σε ένα άτομο είναι ο ατομικός αριθμός του στοιχείου. Τα νετρόνια μέσα στο άτομο δεν έχουν φορτίο, εξ ου και η ουδετερότητά τους. Τα νετρόνια χρησιμοποιούνται ως σημείο σύγκρισης για την εύρεση της μάζας των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων.

Τα ηλεκτρόνια είναι περίπου 1800 φορές μικρότερα από τα νετρόνια ή τα πρωτόνια και έχουν αρνητικό φορτίο. Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου και περιφέρονται σε πολλαπλά στρώματα γνωστά ως κελύφη. Το εξωτερικό στρώμα των φλοιών ηλεκτρονίων είναι γνωστό ως κέλυφος σθένους και είναι συνήθως το μόνο στρώμα που έχει σημασία στη χημεία. Τα ηλεκτρόνια στο φλοιό σθένους είναι γνωστά ως ηλεκτρόνια σθένους και είναι τα ηλεκτρόνια που είναι πιο ικανά να συνδεθούν με άλλα άτομα για να δημιουργήσουν δεσμούς και μόρια χημικών.

Τα στοιχεία που έχουν πλήρη κελύφη σθένους, όπως τα ευγενή αέρια, είναι σταθερά και χημικά μη αντιδραστικά. Στοιχεία που έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο στη στιβάδα σθένους, όπως τα αλκαλικά μέταλλα, ή λείπει ένα μόνο ηλεκτρόνιο στο περίβλημα (όπως τα αλογόνα) είναι τα πιο αντιδραστικά στοιχεία. Η αντιδραστικότητα και η συγγένεια ηλεκτρονίων συσχετίζονται στενά, με την αντιδραστικότητα ενός στοιχείου να αυξάνεται καθώς αυξάνεται η συγγένεια των ηλεκτρονίων. Με άλλα λόγια, όσο μεγαλύτερη είναι η τάση ενός στοιχείου να αποκτά ηλεκτρόνια, τόσο πιο αντιδραστικό είναι το στοιχείο.

Συγγένεια ηλεκτρονίων

Τα ιόντα των ατόμων μπορεί να έχουν καθαρό θετικό φορτίο ή καθαρό αρνητικό φορτίο. Τα θετικά φορτισμένα άτομα ονομάζονται κατιόντα ενώ τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται ανιόντα. Η ενέργεια ενός ατόμου μπορεί να αποκτηθεί ή να χαθεί μέσω χημικών αντιδράσεων, επομένως αυτές οι χημικές αντιδράσεις σχηματίζουν είτε ανιόντα είτε κατιόντα. Οι ενέργειες ιονισμού ασχολούνται με το σχηματισμό θετικών ιόντων ενώ οι συγγένειες ηλεκτρονίων με το σχηματισμό αρνητικών ιόντων. Είναι σημαντικό να το θυμάστε αυτό, ώστε να γνωρίζετε ότι οι συγγένειες ηλεκτρονίων ασχολούνται αποκλειστικά με αρνητικά ιόντα ατόμων και ότι η χρήση τους σχεδόν πάντα υποβιβάζεται στα στοιχεία που βρίσκονται στις ομάδες 16 και 17 του πίνακα στοιχείων.

Η συγγένεια ηλεκτρονίων ενός ατόμου εξαρτάται από το πότε προστίθεται στο άτομο. Η αρχική προσθήκη ενός ηλεκτρονίου σε ένα ουδέτερο άτομο, η πρώτη συγγένεια ηλεκτρονίων, θα έχει πάντα αρνητική ενέργεια. Αυτό συμβαίνει επειδή η ενέργεια απελευθερώνεται όταν ένα ηλεκτρόνιο προστίθεται σε ένα ουδέτερο άτομο. Το ιόν είναι πλέον αρνητικό και απαιτείται περισσότερη ενέργεια όταν προστίθεται ένα ηλεκτρόνιο σε ένα αρνητικό ιόν. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που απαιτείται υπερκαλύπτει την ενέργεια που απελευθερώνεται από τη διαδικασία προσκόλλησης ηλεκτρονίων και έτσι η δεύτερη συγγένεια ηλεκτρονίων θα είναι θετική.

Η προσθήκη ενός ηλεκτρονίου σε ένα μεταλλικό στοιχείο απαιτεί ενέργεια. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μέταλλα δεν ασκούν πολύ ισχυρή έλξη στα ηλεκτρόνια σθένους τους και ως εκ τούτου χάνουν ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους μάλλον εύκολα, μετατρέποντας σε κατιόντα. Για το λόγο αυτό, πολλά μέταλλα έχουν πολύ χαμηλές συγγένειες ηλεκτρονίων.

Οι συγγένειες ηλεκτρονίων δίνονται σε kj/mol (joules ανά mole), μια μέτρηση της δεδομένης ενέργειας ανά ποσότητα υλικού. Ως παράδειγμα του γεγονότος ότι τα μέταλλα έχουν χαμηλή συγγένεια ηλεκτρονίων, δείτε τις ακόλουθες τιμές συγγένειας ηλεκτρονίων για τα μέταλλα που βρίσκονται στην Ομάδα 1 του περιοδικού πίνακα:

• Συγγένεια ηλεκτρονίων λιθίου (Li):60 KJ mol-1
• Συγγένεια ηλεκτρονίων νατρίου (Na):53 KJ mol-1
• Συγγένεια ηλεκτρονίων ρουβιδίου (Rb):47 KJ mol-1
• Συγγένεια ηλεκτρονίων καισίου (Cs):46 KJ mol-1

Σε αντίθεση με τα μέταλλα, όταν ένα αμέταλλο αποκτά ένα ηλεκτρόνιο, η ποσότητα της μεταβολής της ενέργειας είναι συνήθως αρνητική. Αυτό συμβαίνει επειδή τα αμέταλλα έχουν αρκετή ενέργεια για να σχηματίσουν αρνητικά φορτισμένα ιόντα, ανιόντα. Αυτό σημαίνει ότι η τιμή συγγένειας ηλεκτρονίων των μη μετάλλων είναι συνήθως αρνητική. Τα μη μέταλλα έχουν περισσότερη συγγένεια ηλεκτρονίων από τα μέταλλα λόγω της ατομικής τους δομής. Τα μη μέταλλα έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια σθένους, γεγονός που τους διευκολύνει να αποκτήσουν ηλεκτρόνια και να ολοκληρώσουν ένα σύνολο. Το κέλυφος σθένους τείνει επίσης να είναι πιο κοντά στον πυρήνα από ό,τι στα μέταλλα, πράγμα που σημαίνει ότι είναι πιο δύσκολο να αφαιρεθούν τα ηλεκτρόνια από τα αμέταλλα και πιο εύκολο για τα αμέταλλα να προσελκύσουν ηλεκτρόνια σε αυτά. Ως παράδειγμα της υψηλότερης συγγένειας ηλεκτρονίων που έχουν τα αμέταλλα, δείτε τη συγγένεια ηλεκτρονίων για τα αλογόνα στην ομάδα 17:

• Συγγένεια ηλεκτρονίων φθορίου (F):-328 kJ mol-1
• Συγγένεια ηλεκτρονίων χλωρίου (Cl):-349 kJ mol-1
• Συγγένεια ηλεκτρονίων βρωμίου (Br):-324 kJ mol-1
• Συγγένεια ηλεκτρονίων ιωδίου (I):-295 kJ mol-1

Η τάση συγγένειας ηλεκτρονίων

Η τάση της συγγένειας ηλεκτρονίων, όπως και άλλες τάσεις στον περιοδικό πίνακα, αντανακλά το γεγονός ότι η συγγένεια ηλεκτρονίων ακολουθεί μια προβλέψιμη τάση καθώς διαβάζει κανείς τον περιοδικό πίνακα. Σε αυτή την περίπτωση, η συγγένεια ηλεκτρονίων αυξάνεται από πάνω προς τα κάτω και από αριστερά προς τα δεξιά. Καθώς κάποιος μετακινείται από το κάτω μέρος του περιοδικού πίνακα προς τα πάνω μέσα από ομάδες (στήλες) στοιχείων, η συγγένεια των ηλεκτρονίων τείνει να αυξάνεται. Η συγγένεια των ηλεκτρονίων τείνει επίσης να αυξάνεται καθώς ακολουθεί κανείς τον περιοδικό πίνακα από αριστερά προς τα δεξιά σε περιόδους (γραμμές) του πίνακα.

Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ του πυρήνα και των φλοιών των ηλεκτρονίων, τόσο λιγότερη έλξη υπάρχει και τόσο λιγότερη ενέργεια απελευθερώνεται όταν ένα ηλεκτρόνιο εισάγεται στο εξωτερικό κέλυφος. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια σθένους έχει ένα στοιχείο, τόσο πιο πιθανό είναι να αποκτήσει ηλεκτρόνια έτσι ώστε να σχηματιστεί μια πλήρης οκτάδα ηλεκτρονίων. Η αντίθετη τάση ισχύει επίσης, η συγγένεια των ηλεκτρονίων μειώνεται από τα δεξιά προς τα αριστερά και προς τα κάτω στις ομάδες επειδή τα ηλεκτρόνια βρίσκονται πιο μακριά από τον πυρήνα και επομένως έχουν λιγότερη έλξη. Ο λόγος που τα στοιχεία χαμηλότερα σε ομάδες δεν έχουν υψηλότερες συγγένειες ηλεκτρονίων παρά τον υψηλότερο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους είναι το φαινόμενο θωράκισης. Το φαινόμενο θωράκισης αυξάνεται καθώς κάποιος κινείται προς τα κάτω σε μια ομάδα, κάνοντας τα ηλεκτρόνια να απωθούν το ένα το άλλο περισσότερο.