Language
Country/Area
No result found
Liberación de energía en reacciones de captura de electrones: ¿Por qué es este un proceso asombroso?
En los campos de la química y la física, la afinidad electrónica (Eea) se define como la energía liberada cuando un electrón se une a un átomo o molécula neutro. La reacción en estado gaseoso se puede expresar como:
X(g) + e− → X−(g) + energía
Durante el proceso de captura de electrones, la energía liberada hace que muchas interacciones atómicas y moleculares sean más estables. Este proceso es invisible en nuestra vida diaria, pero es una parte vital de la ciencia básica. Por ejemplo, este fenómeno tiene diferentes definiciones en la física del estado sólido, y esta diferencia ha llevado a un nuevo nivel de comprensión de la afinidad electrónica.
Medición y aplicación de la afinidad electrónicaLas mediciones de la afinidad electrónica se limitan a átomos y moléculas en estado gaseoso porque en el estado sólido o líquido, los niveles de energía cambian cuando entran en contacto con otros átomos o moléculas. Esta propiedad hace que la afinidad electrónica sea una herramienta de medición precisa. El reconocido químico Robert S. Mulliken utilizó datos sobre la afinidad electrónica para desarrollar un estándar para la electronegatividad de los átomos:
La electronegatividad es igual al promedio de la afinidad electrónica y la energía de ionización.
Además, la afinidad electrónica también interviene en la discusión de conceptos teóricos como el potencial químico electrónico y la dureza química. En las reacciones químicas, los átomos con mayor afinidad electrónica a menudo se denominan aceptores de electrones, mientras que los donadores de electrones son aquellos con menor afinidad, y pueden ocurrir reacciones de transferencia de carga entre ambos.
Especificaciones de la firma
El uso correcto de la afinidad electrónica requiere atención a su signo. Por ejemplo, para una reacción que libera energía, el valor del cambio de energía total ΔE es negativo y dicha reacción se denomina proceso exotérmico. Casi toda la captura de electrones de átomos de gases no nobles implica la liberación de energía y, por lo tanto, es un proceso exotérmico. Los valores positivos enumerados en varias referencias son en realidad lo que llamamos energía "liberada", lo que proporciona el signo negativo para ΔE. Para muchas personas, resulta confuso malinterpretar la EEA como un cambio energético, cuando la relación real es:
Eea = −ΔE(adjuntar)
Si el valor de Eea tiene signo negativo, significa que se requiere energía para unir el electrón, haciendo de la captura de electrones un proceso endotérmico. Este valor negativo suele ocurrir en la captura de un segundo electrón, o en átomos de nitrógeno.
Afinidad electrónica de los elementos
Aunque las afinidades electrónicas varían a lo largo de la tabla periódica, aún podemos observar algunas tendencias. En términos generales, el valor Eea de los no metales será mayor que el de los metales. Cuando el anión es más estable que el átomo neutro, el valor de Eea será mayor. Por ejemplo, el cloro tiene la atracción más fuerte por los electrones adicionales, mientras que el neón tiene la más débil. Las afinidades electrónicas de los gases nobles no están bien definidas, por lo que sus valores pueden ser negativos.
Normalmente, Eea aumenta en orden a lo largo de las filas (horizontalmente) de la tabla periódica. En el Grupo 17, a medida que los átomos ganan electrones para llenar la banda de valencia, la energía liberada aumenta. Aunque muchas personas esperarían que la afinidad electrónica disminuyera a medida que el período avanza hacia abajo, de hecho, en muchas columnas, Eea en realidad aumenta.
Afinidad electrónica molecular
La afinidad electrónica de una molécula es una función más compleja que se ve afectada por su estructura electrónica. Por ejemplo, el benceno tiene una afinidad electrónica negativa, mientras que el antraceno, el fenantreno y el pireno tienen valores positivos. Además, los resultados del cálculo también muestran que la afinidad electrónica del hexacianobenceno supera la del fulereno.
Afinidad electrónica en la física del estado sólidoEn física del estado sólido, la afinidad electrónica se define de manera diferente. Para la interfaz entre un semiconductor y un vacío, la afinidad electrónica se define como la energía obtenida al mover un electrón desde el vacío hasta la parte inferior de la banda de conducción dentro del semiconductor. En un semiconductor en cero absoluto, este concepto es similar a la definición de afinidad electrónica en química. Sin embargo, a temperaturas superiores al cero absoluto, y para otros materiales como metales y semiconductores altamente dopados, los electrones añadidos generalmente irán al nivel de Fermi en lugar de a la parte inferior de la banda de conducción.
La forma de utilizar eficazmente estas afinidades electrónicas y su medición se convertirá en una consideración importante en la física y la ciencia de los materiales modernos. Este conocimiento nos guiará siempre que exploremos terminaciones de superficie, estructuras de corte y sus efectos. ¿Puede usted imaginar cómo la tecnología del futuro podría beneficiarse de una mayor comprensión de la afinidad electrónica?
