化學原理啟迪337
1. 電子親和力是指：1個氣體原子增加1顆電子過程的能量變化：
X(g)＋e－→X－(g)
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2. 許多教科書對電子親和力的定義是，電子添加到氣體原子身上所釋放的能量，依據這個定義，放能反應用正號＋說明；這種正負號的用法與熱力學慣用的正負號相反，比較違反習慣。
3. 這本教科書採用比較符合熱力學使用習慣的定義：電子親和力是指原子添加電子反應過程的能量改變；如果原子與電子結合的反應是散熱反應/放能反應，電子親和力就是負數，用負號「－」說明。
4. 下圖顯示元素符號表前20個元素的電子親和力：
5. 元素與電子結合成穩定、獨立的陰離子的反應是散熱的，因此電子親和力的能量值是負數，負的電子親和力的數值愈大，反應釋放的能量愈多。
6. 元素符號表上同一週期的元素從左到右，電子親和力的數值愈來愈負，釋放的能量愈來愈多。這是大致的趨勢，但是也有例外，同一個週期，元素的原子序愈大，電子親和力的數值愈負，這樣的倚賴關係有可能出現例外，原因是某些原子的電子組態會造成電子之間的斥力。
7. 舉例來說，氮無法形成一個穩定、獨立的氮離子N－(g)，但是碳可形成穩定的碳離子C－(g)，這個現象導因於出這二種元素的電子組態不同。
8. 對一顆氮原子1S22s22p3增加1顆電子製造出氮離子1s22s22p4，進行這個反應時，電子必須填入已有1顆電子的2p軌域，電子填入以後，一個軌域的2顆電子會彼此產生斥力，這股電子－電子斥力會造成氮離子不穩定。
9. 如果是對一顆碳原子1S22S22p2增加1顆電子製造出碳離子C－(g)，由於每一個p軌域各只有1顆電子而已，因此這個反應的結果不會產生電子之間的斥力，製造出來的碳離子C－比較穩定。
10. 氧（電子組態1s22s22p4）與氮的情況相反，氧能夠增加一顆電子，形成穩定的氧離子O－(g)，這是因為氧的原子核引力較強，可以解決同一個2p軌域內2個電子之間的斥力。
11. 理論上，氧的原子核正電極性強大，應該可以解決填入第2顆電子所產生的電子－電子斥力，可是實際上卻行不通，我們無法放第二顆電子到氧身上製造出獨立的負二價氧離子O2－：O－(g)＋e－→O2－(g)。
12. 這個結果看起來有點奇怪，因為這世界上存在許多穩定的氧化物，像是MgO、Fe2O3……，這些氧化物中的氧都是負二價的氧離子O2－，不是嗎？
13. 負二價氧離子O2－無法單獨存在，負二價氧離子O2－只在離子化合物中才能夠穩定，因為離子化合物中，帶正電的離子與帶負電的離子彼此之間的引力強大，能夠互相吸引對方，穩定彼此。
14. 元素符號表同一族的元素放在同一行，同族元素由上到下的電子親和力數值逐漸趨於正數，也就是說同一族由上到下的元素，其原子與電子結合成離子釋放出來的能量愈來愈少，為什麼？
15. 同一族元素由上而下原子核內的核子愈來愈多，外包的電子數量也愈來愈多，造成體積愈來愈大，因此增加上去的電子距離原子核愈來愈遠。
16. 以上所描述的是同族元素電子親和力的大致的趨勢，基本上，大部分的元素族群由上而下的電子親和力變化很小，而且會有許多例外。這個現象可從7A族元素觀察到。
17. 特別留意，同一族的元素由上到下各種元素的電子親和力變化幅度，比同一週期的元素由左到右各種元素的電子親和力變化小。
18. 仔細觀察7A族元素的電子親和力會發現，氯、溴、碘展現電子親和力由上而下愈來愈接近正數的趨勢，也就是隨著原子變大顆，與電子結合釋放出來的能量愈來愈小。
19. 但是電子加到氟身上所釋放的能量，違反這個趨勢的預期，比想像中的小，為什麼？這是因為電子與氟結合所要填入的2p軌域較小，小軌域空間擠2顆電子，導致電子緊緊靠近彼此，而產生較大的電子－電子斥力。
20. 鹵素族群的其他元素－氯、溴、碘－就比較大顆，電子填入的軌域較大，使得電子之間的斥力不那麼嚴重。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
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