化 学 (物質の構造)

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 【電子親和力】

 イオンのなり易さ,即ち,原子から電子を引きはがすのに必要なエネルギーについては,定義の違いで① イオン化エネルギー及び電子親和力,② 仕事関数,③ 酸化還元電位に分けられる。
 は,軌道電子の構造に基づく分子の化学結合状態に関するエネルギーである。
 イオン化エネルギーは,原子(又は分子)から電子を引き抜くエネルギーで,電子親和力原子(又は分子)に電子を付与した時に放出するエネルギーである。
 ② の仕事関数は,固体表面から電子を引き抜くためのエネルギーで,固体の高温酸化など実用面で貴重な情報を与える。
 ③ の酸化還元電位は,溶媒中などの反応場(実環境)における酸化還元反応の電位(=位置エネルギー)で,イオン生成に関わる実用的なエネルギーを与える。
 
 【電子親和力】( electron affinity )
 原子間の結合力や分子中の電子の挙動を考えるうえで,イオン化エネルギーと共に重要な量である。
 電子親和力は,1個の原子(又は分子)に電子を付加する際に放出するエネルギーである。放出するエネルギーが大きいほど電子を受けとった状態(陰イオン)が安定であることを意味する。
 エネルギーがマイナスの場合は,電子を受け取るためにエネルギーが必要であることを意味し,陰イオンになり難いことを意味する。
 すなわち,電子親和力の大きい原子ほど,陰イオンの状態が安定であるから,陰イオンになり易く,陰性が強いといえる。
 
 電子親和力を求める方法
 直接求める方法と間接的に計算する方法が多数ある。電子親和力は,測定方法,計算方法により値が異なるので,参考文献により異なることが多い。
 ● 直接求める方法
 測定しようとする原子(又は分子)の陰イオンに光を照射し,そのイオンから電子を分離する電子離脱法( photodetachment ),原子(又は分子)が陰イオンになるときの放射光を測定する電子捕獲法( electron capture )などがある。
 ● 間接的に求める方法
 例として,ボーン-ハーバーのサイクルによる計算を紹介する。このサイクルでは,結晶を気相の陽イオンと陰イオンに分けるのに必要な格子エネルギー( U0 ,陽イオンとなった原子(金属)が最外殻電子を放出し陽イオンになるイオン化エネルギー( I ,陽イオンになった原子の昇華エネルギー( S ,陰イオンとなった元素の分子の解離エネルギー( D ,イオン結晶生成時の生成エネルギー( Q を用い,陰イオンとなった原子が電子を受け取るための電子親和力( E )は,次の関係から求めることができる。
  U0 ‐ Q ‐ S ‐ I ‐ D/2 + E = 0
 
 【参考】
 参考表には,周期表の第 4 周期までの電子親和力の例を示す。表には,同様に原子の電子状態の評価に用いられるイオン化エネルギーも併せて記した。
 フッ素,塩素などハロゲン元素は,他の元素に比較し,電子親和力が飛び抜けて大きく,陰イオンになり易いことが分かる。
 希ガス元素(ヘリウム,アルゴンなど),窒素などの電子親和力がマイナスの原子は,電子を受け取ってエネルギーを放出することが無い。すなわち,通常の条件では陰イオンになり難いことが分かる。

電子親和力とイオン化エネルギー

参考表 電子親和力( E )とイオン化エネルギー( I ): 単位, E : kJ/mol,I : MJ/mol

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