Условие задачи
Что такое сродство к электрону? Как оно изменяется у атомов элементов в подгруппах и периодах?
Решение
Ниже представлено подробное решение задачи по химии, касающейся понятия «сродство к электрону» и периодических закономерностей его изменения.
────────────────────────
1. Определение сродства к электрону
Сродство к электрону – это величина энергии, которая выделяется (или поглощается) при добавлении электрона к нейтральному атому в газовой фазе. Процесс можно записать как:
А + e⁻ → А⁻
Если при присоединении электрона энергия выделяется, сродство имеет отрицательное значение по условному стандарту (то есть процесс экзотермический). Для удобства часто говорят, что чем больше по абсолютной величине (то есть «более отрицательное» значение), тем сильнее атом стремится принять электрон.
────────────────────────
2. Периодические изменения сродства к электрону
А) Изменение в периодах
• При движении слева направо по ряду периодической таблицы атомное число увеличивается, что приводит к росту эффективного ядерного заряда. Усиливается притяжение внешних электронов к ядру. В результате энергия, высвобождаемая при присоединении электрона (сродство), становится всё более экзотермической (значение по модулю возрастает, т.е. сродство становится «более отрицательным»).
• Однако могут встречаться аномалии из-за электронной конфигурации. Например, элементы с полу-заполненными или полностью заполненными подуровнями могут иметь несколько меньшее сродство к электрону, чем предсказывает общая тенденция. Такие эффекты наблюдаются, например, между атомами группы 15 и группы 16.
• Исключением являются инертные газы, у которых электронное заполнение внешнего уровня уже полно; они почти не склонны к присоединению электрона, и их сродство зачастую оказывается положительным или очень низким (то есть процесс не экзотермический).
Б) Изменение в подгруппах (семействах)
• Атомы, принадлежащие к одной подгруппе (семейству), обладают схожей электронной конфигурацией внешнего уровня. Например, галогены (фтор, хлор, бром, йод) характеризуются высоким сродством к электрону, поскольку им необходимо всего одно дополнительное электронное заполнение для достижения полностью заполненного внешнего энергетического уровня.
• При движении сверху вниз в группе могут наблюдаться некоторые изменения:
– Усиливается влияние экранирования: внутренние электроны эффективнее экранируют внешний заряд ядра, вследствие чего притяжение к дополнительному электрону ослабевает.
– Увеличивается атомный радиус, что увеличивает расстояние между ядром и вторым электроном, ослабляя притяжение.
Таким образом, даже в пределах группы сродство к электрону может несколько уменьшаться при движении к более тяжелым элементам, несмотря на рост полного ядерного заряда.
────────────────────────
3. Итоговое резюме
‣ Сродство к электрону – это энергия, связанная с присоединением электрона к атому (А + e⁻ → А⁻). Процесс зачастую экзотермический для большинства элементов.
‣ В периодах от левого к правому краю таблицы сродство к электрону, как правило, становится более экзотермичным, то есть атомы всё сильнее стремятся принять электрон, за исключением аномалий, связанных с особенностями электронной конфигурации.
‣ В подгруппах (семействах), таких как галогены, сродство к электрону обычно высокое, однако с увеличением атомного радиуса и экранирования при переходе к элементам с большими атомными номерами сродство может снизиться.
Это объяснение основано на положениях периодического закона и теории строения атома, которые являются фундаментальными в химии при анализе электроотрицательности и сродства к электрону.