Elektronenaffinität

Bei der Anlagerung eines Elektrons an ein gasförmiges Atom wird entweder Energie benötigt oder Energie freigesetzt. Durch diese Anlagerung entsteht ein negatives Ion, das Anion.

Die Energieänderung zwischen dem Atom und dem entstandenen Ion ist die Elektronenaffinität (kurz EA).

Die Einheit für die Elektronenaffinität ist:

Größe der Elektronenaffinität

Die Elektronenaffinitäten können positiv und negativ sein.

Negative Elektronenaffinität

Fast alle Elemente der Hauptgruppen eins bis sieben haben eine negative EA. Das bedeutet, dass bei der Anlagerung eines Elektrons an ein Atom Energie freigesetzt wird. Der Betrag des Elektronenaffinitätswertes ist genau die Menge an Energie, die freigesetzt wird.

Chlor hat beispielsweise eine EA von -349 kJ/mol. Lagert sich also an ein Mol Chloratome (das sind etwa 6,022 · 10²³ Atome) jeweils ein Elektron an, wird eine Energie von 349 kJ frei. Das ist etwa so viel Energie, wie ein Auto bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h besitzt.

Positive Elektronenaffinität

Eine positive Elektronenaffinität haben nur die Edelgase und die Elemente Beryllium, Magnesium und Stickstoff. Damit diese Elemente ein Elektron aufnehmen, benötigen sie Energie. Der Elektronenaffinitätswert gibt auch in diesem Fall an, wie viel Energie benötigt wird.

Die positivste Elektronenaffinität hat Radon mit EA = 41 kJ/mol. Das entspricht der Energie der Schokolade, wenn du ein Stück einer Schokoladentafel noch einmal drittelst.

Zusammenhang von Elektronenaffinität und Ionisierungsenergie

Bei der Ionisierungsenergie handelt es sich um die Energie die benötigt wird, um von einem Atom ein Elektron abzuspalten. Dabei entsteht ein positiv geladenes Ion und ein freies Elektron:

Dieses abgespaltene Elektron kann nun von einem anderen Atom aufgenommen werden. Dadurch entsteht ein Anion. Diese Aufnahme ist die Elektronenaffinität.
Eine allgemeine Reaktionsgleichung für die Anlagerung eines Elektrons sieht so aus:

Tendenzen im Periodensystem

Diese Tendenzen sind jedoch nicht so klar wie zum Beispiel bei den Atomradien, da es sehr viele Ausnahmen gibt. Dennoch kannst du dir sie grob wie in der folgenden Abbildung merken:

Tendenz innerhalb einer Periode

Innerhalb einer Periode nimmt die EA von links nach rechts eher zu.

8. Hauptgruppe: Edelgase

Edelgase haben voll besetzte Schalen und Orbitale. Um ein Elekron aufzunehmen, müsste sich das Elektron in einer neuen, noch leeren Schale anordnen. Diese neue Schale hat eine höhere Energie und ist daher energetisch sehr unvorteilhaft.
Daraus folgt, dass das Atom nur sehr ungern ein neues Elektron aufnehmen möchte, weshalb für die Aufnahme eines Elektrons Energie notwendig ist. Deshalb haben Edelgase eine positive Elektronenaffinität.

7. Hauptgruppe: Halogene

Halogene haben eine sehr geringe, also stark negative, Elektronenaffinität. Es wird also sehr viel Energie frei, wenn sich ein Elektron anlagert. Der Grund dafür ist, dass Halogene 5 von 6 möglichen Elektronen im p-Orbital besitzen.
Das Ziel ist das Erreichen einer Edelgaskonfiguration, was durch die Aufnahme eines weiteren Elektrons möglich ist. Deshalb wollen Halogene sehr gern noch ein weiteres Elektron aufnehmen.

5. Hauptgruppe

Die Elemente der 5. Hauptgruppe haben jeweils ein halbvolles p-Orbital. Dieses ist energetisch vorteilhaft. Bei Aufnahme eines weiteren Elektrons würde dies zu einer stärkeren Abstoßung der Elektronen untereinander führen. Vor allem die beiden Elektronen, die sich in einem gemeinsamen Orbital befinden würden, würden sich abstoßen.

Diese Elemente wollen und können also nur ungern ein weiteres Elektron erhalten, weshalb die Elektronenaffinitäten nur wenig negativ und sogar positiv sind.

2. Hauptgruppe: Erdalkalimetalle

Erdalkalimetalle haben wieder eine nur leicht negative bis positive Elektronenaffinität. Die Elemente der 2. Hauptgruppe haben ein volles s-Orbital. Das aufgenommene Elektron müsste sich also in einem vorher leeren p-Orbital aufhalten. Dieses besitzt jedoch eine höhere Energie und ist daher energetisch ungünstig.
Daraus folgt, dass die Erdalkalimetalle nur ungern ein neues Elektron aufnehmen.

Tendenz innerhalb einer Hauptgruppe

Innerhalb einer Hauptgruppe nimmt die EA von oben nach unten ab.

Die Größe eines Atoms nimmt innerhalb einer Hauptgruppe von oben nach unten zu. Somit erhöht sich auch der Abstand zwischen dem Atomkern und dem hinzugefügten Elektron. Daraus folgt, dass das Elektron schwächer angezogen wird.
Je kleiner diese Kern-Elektron-Anziehung ist, umso weniger negativ ist die Elektronenaffinität.

Beispiele

Durch die Abgabe und die Aufnahme von Elektronen können Verbindungen wie Salze gebildet werden.

Im folgenden wird anhand von Schalenmodellen gezeigt, wie aus einem Natrium- und einem Chloratom ein Natrium- und ein Chlorion gebildet wird. Dabei gibt das Natriumatom ein Elektron ab, welches von dem Chloratom aufgenommen wird. Diese beiden Ionen bilden Natriumchlorid, unser Speisesalz.