전자 친화력

원자나 분자의 전자 친화력(E_ea)은 전자가 음이온을 형성하기 위해 기체 상태의 중성 원자나 분자에 연결되었을 때 방출되는 에너지의 양으로 정의된다.^[1]

X(g) + e⁻ → X⁻(g) + 에너지

이는 에너지가 방출될 때 음성으로 정의되는 전자 포획 이온화의 엔탈피 변화와 같지 않다는 점에 유의한다. 즉 엔탈피의 변화와 전자 친화력은 음의 부호로 차이가 난다.

고체 상태 물리학에서 표면의 전자 친화력은 다소 다르게 정의된다(아래 참조).

전자 친화력의 측정 및 사용

이 특성은 고체 또는 액체 상태에서는 다른 원자나 분자와의 접촉에 의해 에너지 수준이 변경되기 때문에 기체 상태의 원자와 분자를 측정하는 데만 사용된다.

전자 친화력의 목록은 Robert S에 의해 사용되었다. 전자의 친화력과 이온화 전위의 평균과 동일한 원자에 대한 전기수집성 척도를 개발하기 위한 멀리켄.^[2][3] 전자 친화력을 사용하는 다른 이론적 개념으로는 전자 화학 전위와 화학 경도가 있다. 또 다른 예로는 전자 친화력의 양성가치가 다른 분자나 원자를 전자 수용기라고 하며 양성가치가 낮을수록 전자 공여자라고 한다. 그들은 함께 전하 전달 반응을 겪을 수 있다.

사인 규약

전자 친화력을 제대로 이용하려면 기호를 추적하는 것이 필수적이다. 에너지를 방출하는 모든 반응에 대해 총 에너지의 ΔE 변화는 음의 값을 가지며 그 반응을 발열 과정이라고 부른다. 거의 모든 비노블 가스 원자에 대한 전자 포획은 에너지의^[4] 방출을 포함하므로 발열성이 있다. E의_ea 표에 열거된 양의 값은 양 또는 크기다. ΔE에 음의 부호를 공급하는 것은 "방출된 에너지"라는 정의 내에서 "방출된" 단어다. E를_ea 에너지 변화인 ΔE로 오인하는 과정에서 혼동이 발생하는데, 이 경우 표에 열거된 양의 값은 exo-thermic 공정이 아닌 엔도 공정을 위한 것이다. 둘_ea 사이의 관계는 E = -ΔE(첨부치)이다.

그러나 E에_ea 할당된 값이 음수일 경우 음수 기호는 방향의 반전을 의미하며, 전자를 부착하는 데 에너지가 필요하다. 이 경우 전자 포획은 내열적 과정이며 관계인 E_ea = -ΔE(첨부)는 여전히 유효하다. 음의 값은 일반적으로 두 번째 전자 포획에 대해 발생하지만 질소 원자에 대해서도 발생한다.

전자가 붙었을 때 E를_ea 계산하는 일반적인 표현은

E_ea = (E_initial - E_final)_attach = -ΔE(첨부)

이 표현은 -ΔE = -(최종) - E(최종) = -(최종) = E(초기) = E(초기) = E(최종) = E(최종)를 따르기 때문에 ΔX = X(최종) - X(초기)의 관례를 따른다.

동등하게, 전자 친화력은 또한 원자로부터 전자를 분리하는 데 필요한 에너지의 양으로 정의될 수 있으며, 이는 원자를 음이온,^[1] 즉 공정에 대한 에너지 변화로 만든다.

X⁻ → X + e⁻

전조등과 역반응에 대해 동일한 표를 사용하는 경우, 기호를 전환하지 않고, 해당 방향, 부착(해제) 또는 분리(요청)에 정확한 정의를 적용하도록 주의를 기울여야 한다. 표에 나열된 거의 모든 분리(요구 +) 에너지의 양이므로 그러한 분리 반응은 내열성, 즉 ΔE(디텍트) > 0이다.

E_ea = (E_final - E_initial)_detach = ΔE(디테타치) = -ΔE(첨부치)

원소의 전자적 친화성

E는_ea 주기율표에 따라 크게 다르지만, 몇몇 패턴이 나타난다. 일반적으로 비금속은 금속보다 양성 E가_ea 더 많다. 음이온이 중성 원자보다 더 안정적인 원자는 E가_ea 더 크다. 염소는 가장 강하게 여분의 전자를 끌어당긴다; 네온은 가장 약하게 여분의 전자를 끌어당긴다. 고귀한 가스의 전자 친화력은 결정적으로 측정되지 않았기 때문에, 그들은 약간의 음의 값을 가질 수도 있고 아닐 수도 있다.

E는_ea 일반적으로 그룹 18에 도달하기 전에 주기율표의 기간(행)에 걸쳐 증가한다. 이것은 원자의 발란스 껍질 충전에 의해 발생한다; 그룹 17의 원자는 전자를 얻을 때 그룹 1 원자보다 더 많은 에너지를 방출한다. 왜냐하면 그것은 채워진 발란스 껍질을 얻어서 더 안정적이기 때문이다. 그룹 18에서 발란스 껍데기는 가득 차서, 추가된 전자가 불안정하여 매우 빨리 배출될 수 있다는 것을 의미한다.

반직관적으로_ea E는 그룹 2 데이터에서 분명히 알 수 있듯이 주기율표의 행을 하향할 때 감소하지 않는다. 따라서 전자 친화력은 전기성과 동일한 "좌우" 추세를 따르지만 "상향" 추세는 따르지 않는다.

다음 데이터는 kJ/mol로 인용된다.

v t 주기율표의 전자적 친화성
그룹 →	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
↓ 기간
1	H 73																		헤(-50)
2	리60	be(-50)												B 27	C 122	N −7	O 141	F 328	네(-120)
3	나53년	Mg(−40)												알42년	Si134	P 72	S 200	Cl349	아르(96)
4	K 48	Ca2		sc18	Ti7	V 51	CR65	Mn(−50)	Fe15	Co64	니112년	119원	Zn(−60)	가29년	Ge119	As78	세195년	브르325년	Kr(96)
5	Rb47	SR5		Y 30	Zr42	Nb89	모이로72번길	Tc(53)	루(101)	Rh110	Pd54	AG126	Cd(−70)	인37년	Sn107	Sb101	테190년	I 295	Xe(−80)
6	Cs46	Ba14		뤄23번길	Hf17	Ta31	W 79년	르6	오스104	Ir151	Pt205	아우223년	Hg(−50)	Tl31	Pb34	비91년	Po(136)	앳233	Rn(−70)
7	Fr(47)	라(10)		Lr(−30)	RF	db	sg	BH	HS	MT	Ds	Rg(151)	씨엔(<0)	Nh(67)	플(<0)	맥(35)	Lv(75)	Ts(166)	Og(5)
				라54년	Ce55	Pr11	Nd9	Pm(12)	Sm(16)	Eu11	Gd(13)	Tb13	Dy(>34)	호(33)	어(30)	Tm99	Yb(−2)
				Ac(34)	Th(113)	Pa(53)	U(51)	Np(46)	Pu(48)	암(10)	Cm(27)	Bk(−165)	Cf(−97)	에스(29)	Fm(34)	Md(94)	No(−223)
레전설
값이 kJ/mol, 반올림된 값
eV의 등가물에 대해서는 전자 친화력(데이터 페이지)을 참조하십시오.
괄호 또는 원형 괄호()는 예측을 나타낸다.
원시적 부패로부터 합성 테두리가 원소의 자연 발생을 나타냄 s-블록 f-블록 d-블록 p-block

분자 전자 친화력

분자의 전자 친화력은 그들의 전자 구조의 복잡한 기능이다. 예를 들어 벤젠에 대한 전자 친화력은 나프탈렌과 마찬가지로 음성이며, 무연탄, 페난트렌, 피렌은 양성이 된다. 실리코 실험에서 헥사시아노벤젠의 전자 친화력이 풀렌의 전자 친화력을 능가한다는 것을 보여준다.^[5]

솔리드 스테이트 물리학에 정의된 "전자 친화도"

고체물리학 분야에서 전자 친화력은 화학이나 원자물리학과는 다르게 정의된다. 반도체-진공 인터페이스(즉, 반도체의 표면)의 경우, 일반적으로_EA E나 χ으로 표시되는 전자 친화력은 반도체 바로 바깥쪽의 진공에서 반도체 바로 안쪽의 전도 대역의 바닥으로 전자를 이동하여 얻은 에너지로 정의된다.^[6]

${\displaystyle E_{\rm {ea}\equiv E_{\rm}{vac}-E_{\rm {C}}$

절대 0의 내적 반도체에서 이 개념은 전자 친화력의 화학적 정의와 기능적으로 유사하다. 왜냐하면 추가된 전자는 자발적으로 전도 대역의 하단으로 가기 때문이다. 0이 아닌 온도에서, 그리고 다른 물질(금속, 반모형, 도핑이 심한 반도체)의 경우, 추가된 전자가 대신 평균적으로 페르미 수준으로 가기 때문에 유추가 되지 않는다. 어쨌든 고체 물질의 전자 친화력의 가치는 가스상에서의 동일한 물질의 원자에 대한 화학 및 원자물리학 전자 친화력 값과는 매우 다르다. 예를 들어, 실리콘 결정 표면은 전자 친화력이 4.05 eV인 반면, 고립된 실리콘 원자는 전자 친화력이 1.39 eV이다.

표면의 전자 친화력은 그것의 작업 기능과 밀접하게 관련되어 있지만 구별된다. 작업 함수는 전자를 재료에서 진공으로 역방향으로 제거하여 얻을 수 있는 열역학 작업이다. 이 열역학 전자는 전도 밴드 가장자리가 아니라 평균적으로 페르미 수준으로 간다. ${\displaystyle W}$= ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {v\mathrm{}}_{}}$ a ${\displaystyle {\mathrm{c}}_{}}$- ${\displaystyle {E\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\$W=$E_{\rm}-$E_{$vac}-E_{\rm{F$ 반도체의 작업 기능은 도핑으로 변경할 수 있지만 전자 친화력은 도핑과 함께 이상적으로 변하지 않아 물질 상수에 가깝다. 그러나, 작업 기능과 마찬가지로 전자 친화력은 표면 종단(결정면, 표면 화학 등)에 따라 달라지며, 엄밀히 말하면 표면 특성이다.

반도체 물리학에서 전자 친화력의 일차적 사용은 실제로 반도체-진공 표면의 분석이 아니라, 특히 금속-반도체 결합과 반도체 이질 결합의 두 재료의 인터페이스에서 발생하는 대역 휨을 추정하기 위한 경험적 전자 친화력 규칙에 있다.

어떤 상황에서는 전자 친화력이 음성이 될 수 있다.^[7] 종종 음의 전자 친화력은 에너지 손실이 거의 없이 진공에 전자를 공급할 수 있는 효율적인 음극을 얻기 위해 필요하다. 바이어스 전압이나 조명 조건과 같은 다양한 파라미터의 함수로서 관찰된 전자 수율을 사용하여 전자 친화도가 하나의 파라미터인 밴드 다이어그램으로 이러한 구조를 설명할 수 있다. 표면 종단이 전자 방출에 미치는 표면적 영향에 대한 하나의 그림은 Marchywka 효과의 그림 3을 참조한다.

참고 항목

• 이온화 에너지 - 중성 원자 또는 분자에서 전자를 제거하는 데 필요한 에너지를 설명하는 밀접하게 관련된 개념
• 일전자감소
• 전자캡처 질량분석
• 전기성
• 발란스 전자
• 진공 수준
• 전자 기증자

참조

• 트로, 니발도 J. (2008). 화학: 분자적 접근법 (2차 Edn. 뉴저지 주: 피어슨 프렌티스 홀. ISBN 0-13-100065-9. 페이지 348–349.

외부 링크

• 전자 친화력, IUPAC 골드북의 정의