Affinità elettronica: proprietà periodiche

L’affinità elettronica E_ea è la variazione di energia che si verifica quando un atomo allo stato gassoso acquista un elettrone per formare un anione.

Ad esempio quando un atomo di fluoro acquista un elettrone e diventa uno ione negativo si ha:
F_(g) + 1 e^–→ F^–_(g)

E_ea per questo processo vale – 328 kJ/mol e ciò implica che l’energia è assorbita e il processo è esotermico
Nel caso di un atomo di idrogeno si ha:
H_(g) + 1 e^–→ H^–_(g)

L’affinità elettronica per questo processo vale + 73 kJ/mol e ciò implica che l’energia è rilasciata e il processo è endotermico.

In generale se un elemento ha un’affinità elettronica positiva, lo ione dell’elemento è più stabile dell’atomo dell’elemento e di un elettrone separato mentre se è negativa, lo ione dell’elemento è meno stabile dell’atomo dell’elemento e di un elettrone separato

Seconda affinità elettronica

Analogamente all’energia di ionizzazione, energia necessaria per allontanare un elettrone da un atomo neutro allo stato gassoso, per la quale esiste una energia di seconda ionizzazione che è quella necessaria per allontanare un elettrone da uno ione allo stato gassoso avente una carica positiva vi è una seconda affinità elettronica.

È definita come la variazione di energia che si verifica quando uno ione negativo allo stato gassoso acquista un elettrone per formare un anione con due cariche negative. Ad esempio:

O^–_(g) + 1 e^–→ O^2-_(g)

Poiché la repulsione tra uno ione negativo e un elettrone è maggiore rispetto a quella tra un atomo neutro e un elettrone tutte le seconde affinità elettroniche sono negative e il processo è endotermico

Periodicità

L’affinità elettronica, unitamente all’energia di ionizzazione, elettronegatività, raggio atomico e carattere metallico è una proprietà periodica.

Generalmente aumenta da sinistra a destra lungo un periodo.

Ciò è dovuto al riempimento del guscio elettronico di valenza: ad esempio, un atomo del gruppo 17 diventa più stabile guadagnando un elettrone, mentre un atomo del gruppo 1 deve aggiungere diversi elettroni per raggiungere un guscio di valenza stabile.

Le affinità elettroniche generalmente diminuiscono lungo un gruppo: all’aumentare del numero atomico l’attrazione per un elettrone aggiuntivo diminuisce, poiché la carica nucleare effettiva è ridotta a causa della maggiore schermatura

Generalmente i non metalli hanno un valore di  E_ea più alto rispetto ai metalli.

Gli atomi che formano anioni più stabili degli atomi neutri hanno valori di affinità elettronica elevati.

L’affinità elettronica segue lo stesso trend dell’energia di ionizzazione, tuttavia mentre l’elemento che ha la maggiore energia di ionizzazione è il fluoro quello che ha la maggiore E_ea è il cloro

Gruppo 17

Si riportano in tabella i valori di E_ea per gli elementi del gruppo 17

Come si può notare il fluoro si discosta dal trend periodico. Il fluoro ha numero atomico 9 e pertanto ha 9 protoni nel nucleo e configurazione elettronica 1s², 2s², 2p_x²,2p_y²,2p_z¹

L’elettrone entrante accede al livello 2 ed è schermato dal nucleo dai due elettroni del livello 1s. Risente quindi dell’attrazione netta del nucleo di un valore +7 ( 9 protoni meno il due elettroni del livello 1s schermanti).

Il cloro invece ha numero atomico 17 e pertanto ha 17 protoni nel nucleo e configurazione elettronica [Ne] 3s², 3p_x²,3p_y²,3p_z¹

Anche in questo caso l’elettrone entrante risente di una attrazione netta del nucleo di un valore +7 ( 17 protoni meno i 10 elettroni dei livelli 1s e 2s schermanti. Ciò che gioca un ruolo nella diminuzione dell’affinità elettronica è la distanza dal nucleo: maggiore è la distanza, minore è l’attrazione e quindi minore è l’energia rilasciata come affinità elettronica.