화학 원소의 주기적 성질-화학 원자의 전자 친화도

이온화 에너지는 원자에서 전자를 떼어내 양이온을 만들 떄 가해주는 에너지를 측정해서 양이온이 되는 경향을 판단하는 데 사용한다.이와 반대로 원자에 전자를 첨가하여 음이온을 만들 떄 방출되는 에너지를 측정하여 음이온이 되는 경향을 판단할 수 있다.원자가 전자를 받아들여 음이온이 되는 경향은 어떻게 비교할 수 있는지 알아보자.

(1)전자 친화도-전자친화도는 기체 상태의 중성 원자 1몰이 전자 1몰을 얻어 음이온이 될 떄 방출하는 에너지이다.전자 친화도는 일반적으로 전자를 받아서 음이온이 될 떄 원자핵과 전자 사이에 인력이 작용하여 에너지를 방출하는 발열 반응이므로 전자 친화도는 양수이다.또한 전자 친화도의 크기 자체는 기체 상태의 1가 음이온 1몰로부터 전자 1몰을 떼어 내는 데 필요한 에너지의 크기와 같다.따라서 어떤 원소의 전자 친화도가 크다는 것은 원자에 전자를 첨가할 떄 큰 에너지를 방출하는 것으로 전자를 얻기 쉽다는 뜻이며 생성된 음이온이 더 안정하다는 것을 의미한다.그러므로 핵과 최외각 전자 사이의 인력이 클수록 전자 친화도가 크며 음이온이 되기 쉽다.

(2)전자 친화도의 주기성-1.같은 주기에서 전자 친화도:같은 주기에서 전자 친화도는 원자 번호가 클수록 대체로 증가하는 경향이 있다(단,비활성 기체 제외).그 이유는 원자 번호가 큰 원소일수록 유효핵전하가 증가하여 원자 반지름이 작아져서 원자핵과 전자와의 인력이 증가하기 때문이다.즉,전자가 원자핵에 강하게 끌리게 되어 음이온이 더 안정해지기 떄문이다.예를 들어 산소와 플루오린은 같은 2주기 원소이지만 플루오린이 산소보다 유효 핵전하가 더 크다.따라서 플루오린의 원자핵과 전자의 인력이 더 크기 때문에 음이온이 될 떄 방출하는 에너지도 플루오린이 산소보다 더 크다.2.같은 족에서 전자 친화도:같은 족에서는 원자 번호가 증가할수록 전자 친화도가 작아지는 경향을 나타낸다.그 이유는 같은 족에서 원자 번호가 클수록 전자껍질 수가 증가하여 원자핵과 전자의 평균 거리가 멀어지므로 원자핵과 전자 사이의 인력이 약해지기 떄문이다.예를 들어 17족의 염소는 3주기 원소로서 전자껍질이 3개인 반면 브로민은 4주기 원소로서 전자껍질이 4개이다.전자껍질이 4개이다.따라서 브로민의 원자핵과 전자의 평균 거리가 더 멀기 때문에 원자핵과 전자 사이으이 인력이 약해서 전자 친화도는 브로민이 염소보다 작다.3.전자 친화도 주기성의 특징:원자 번호 1~20번까지 원자들의 전자 친화도 크기를 나타낸 그래프를 살펴보면 2주기 원소와 3주기 원소의 전자 친화도 변화 유형이 비슷한 것을 알 수 있다.

한편,같은 주기에서 원자 번호가 클수록 원소의 전자 친화도가 증가하는 편이지만 2ㅈ녹,15족,18족은 전자 친화도가 감소한다.그 이유는 원자의 전자 배치를 살펴보면 알 수 있다.2족 베릴륨의 전자 배치는 1S2 2S2로서 이미 두개의 오비탈에 전자들이 두 개씩 채워진 상태이다.여기서 전자 1개를 얻어 베릴륨이온이 된다면 전자 배치는 1S2 2S2 2P1로서 새로운 전자가 높은 에너지 준위인 2P오비탈에 들어가게 된다.이렇게 되면 이온이 불안정해지기 떄문에 전자 친화도는 음의 값이 된다.한편 15족 원소인 질소 원자의 경우에는 전자 배치가 1S2 2S2 2P3로 2P오비탈에 전자가 하나씩 모두 채워진 안정한 상태이다.여기에 전자가 하나 첨가되어 질소 이온이 된다면 전자 배치가 1S2 2S2 2P4가 된다.전자가 쌍을 이루게 되므로 짝지어진 전자 간에 반발력이 생겨서 불안정해진다.그렇기 때문에 질소 원자는 음이온이 되기 어렵다.이와 마찬가지로 전자 친화도가 가장 작은 2족 원소들은 음이온이 되기 가장 어렵다.18족 비활성 기체의 경우에는 전자 배치의 S오비탈 P오비탈이 모두 전자로 채워진 상태이다.그러므로 여기에 전자를 첨가하기 위해서는 에너지 준위가 높은 새로운 전자껍질로 들어가야 한다.새로운 전자껍질은 핵에서 더 멀어지고 안쪽 껍질에 있는 전자들에 의해 가려져서 핵과의 인력이 작기 떄문에 비활성 기체는 전자를 얻어 음이온으로 되가가 매우어렵다.전자 친화도의 일반적인 경향성에서 벗어나는 또 다른 사항은 2주기 원소인 N,O,F의 전자 친화도가 3주기 원소인 P,S,CL의 전자 친화도보다 작다는 것이다.앞서 살펴본 논리에 따르면 같은 족에서는 원자 번호가 클수록 핵과 전자 간의 거리가 멀어져 인력이 약해지기 떄문에 전자 친화도가 작아져야 하지만 N,O,F의 원자 반지름이 매우 작으므로 새로운 전자가 첨가될 때 전자 간 반발력이 매우 커져서 불안정해지기 떄문에 P,S,CL의 전자친화도보다 작게 되는 것이다.한편,산소는 금속 산화물에서 -2가 음이온으로 존재하기 때문에 두 번째 전자를 쉽게 받아들인다고 생각하기 쉽다.하지만 두 번째 전자 친화도가 양의 값을 갖는 원소는 없다.왜냐하면 음이온이 이미 음전음전하를 띠고 있기 때문에 두 번째 전자가 접근하게 되면 반발력이 크게 작용하기 때문이다.그럼에도 불구하고 금속 산화물에서 산소가 2가 음이온으로 존재하는 이유는 주위의 양이온과 모든 방향에서 인력이 작용하여 안정화되기 때문이다.(18족 비활성 기체의 전자 친화도는 매우 작고 이온화 에너지는 매우 크기 떄문에 이온을 형성하는 것보다 원자 상태가 더 안정하다,이온화 에너지,전자 친화도 대체로 증가 - 음이온이 되기 쉽다,이온화 에너지 감소- 양이온이 되기 쉽다)