الألفة الإلكترونية

يُعرَّف الألفة الإلكترونية ( E ea ₎ للذرة أو الجزيء بأنها كمية الطاقة المنبعثة عندما يرتبط إلكترون بذرة أو جزيء متعادل في الحالة الغازية لتكوين أنيون.

X(g) + e ⁻ → X ⁻ (g) + طاقة

يختلف هذا من حيث الإشارة عن تغير الطاقة الناتج عن تأين التقاط الإلكترون . ^{[ 1 ]} تكون الألفة الإلكترونية موجبة عندما يتم إطلاق الطاقة عند التقاط الإلكترون.

في فيزياء الحالة الصلبة ، يتم تعريف ألفة الإلكترون للسطح بشكل مختلف إلى حد ما.

قياس واستخدام الألفة الإلكترونية

تُستخدم هذه الخاصية لقياس الذرات والجزيئات في الحالة الغازية فقط، لأنه في الحالة الصلبة أو السائلة ستتغير مستويات طاقتها عن طريق الاتصال بذرات أو جزيئات أخرى.

استخدم روبرت س. موليكن قائمةً بقيم الألفة الإلكترونية لتطوير مقياس الكهرسلبية للذرات، وهو يساوي متوسط الألفة الإلكترونية وجهد التأين . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} ومن المفاهيم النظرية الأخرى التي تستخدم الألفة الإلكترونية الجهد الكيميائي الإلكتروني والصلابة الكيميائية . مثال آخر، يُطلق على الجزيء أو الذرة ذات قيمة الألفة الإلكترونية الموجبة الأعلى اسم مستقبل الإلكترون ، بينما يُطلق على الأقل منها اسم مانح الإلكترون . وقد تخضع هذه الذرات معًا لتفاعلات نقل الشحنة .

اتفاقية الإشارات

لاستخدام الألفة الإلكترونية بشكل صحيح، من الضروري مراعاة الإشارة. في أي تفاعل يُطلق طاقة، يكون التغير في الطاقة الكلية ΔE سالبًا، ويُسمى التفاعل عملية طاردة للحرارة . تتضمن عملية التقاط الإلكترون لجميع ذرات الغازات غير النبيلة تقريبًا إطلاق طاقة ^[⁴^] ، وبالتالي فهي عملية طاردة للحرارة. القيم الموجبة المُدرجة في جداول E  _ea هي كميات أو مقادير. كلمة "مُطلقة" ضمن تعريف "الطاقة المُطلقة" هي التي تُعطي الإشارة السالبة لـ ΔE . ينشأ الالتباس عند الخلط بين E _{ea} والتغير في الطاقة ΔE ، وفي هذه الحالة، تكون القيم الموجبة المُدرجة في الجداول لعملية ماصة للحرارة وليست طاردة لها. العلاقة بينهما هي E _{ea} = −ΔE ( مرفق).

مع ذلك، إذا كانت قيمة E  _ea سالبة، فإن الإشارة السالبة تدل على انعكاس الاتجاه، ويتطلب الأمر طاقةً لاكتساب الإلكترون. في هذه الحالة، يكون اكتساب الإلكترون عملية ماصة للحرارة ، وتبقى العلاقة E _{ea} = −ΔE ( attach) صحيحة. عادةً ما تظهر القيم السالبة عند اكتساب إلكترون ثانٍ، وكذلك عند ذرة النيتروجين.

الصيغة المعتادة لحساب طاقة التنشيط E _{ea} عند ارتباط إلكترون هي

E ea = (E الأولي - E النهائي) إرفاق = -Δ E (إرفاق)

يتبع هذا التعبير الاصطلاح Δ X = X (النهائي) − X (الابتدائي) لأن −Δ E = −( E (النهائي) − E (الابتدائي)) = E (الابتدائي) − E (النهائي).

وبالمثل، يمكن تعريف الألفة الإلكترونية بأنها مقدار الطاقة اللازمة لفصل إلكترون عن الذرة بينما تحتفظ بإلكترون زائد واحد، مما يجعل الذرة أيونًا سالبًا ، ^{[ 1 ]} أي التغير في الطاقة اللازم لهذه العملية.

X ⁻ → X + e ⁻

إذا استُخدم الجدول نفسه للتفاعلات الأمامية والعكسية، دون تغيير الإشارات ، فيجب توخي الحذر عند تطبيق التعريف الصحيح على الاتجاه المقابل، سواء كان ارتباطًا (انفصالًا) أو انفصالًا (يتطلب). وبما أن معظم عمليات الانفصال تتطلب مقدارًا من الطاقة مُدرجًا في الجدول، فإن تفاعلات الانفصال هذه ماصة للحرارة، أو ΔE ( انفصال) > 0.

E ea = (E Final - E الأولي) فصل = Δ E (فصل) = -Δ E (إرفاق)

.

الألفة الإلكترونية للعناصر

على الرغم من أن _{طاقة التقارب}الإلكتروني (E ea) تختلف اختلافًا كبيرًا عبر الجدول الدوري ، إلا أن بعض الأنماط تظهر. عمومًا، تمتلك اللافلزات _طاقة_تقاربإلكتروني موجبة أعلى من الفلزات . الذرات التي تكون أيوناتها السالبة أكثر استقرارًا من الذرات المتعادلة تمتلك طاقة تقارب إلكتروني أعلى . يجذب الكلور الإلكترونات الإضافية بقوة، بينما يجذب النوبليوم الإلكترونات الإضافية بأضعف شكل. لم تُقاس ألفة الإلكترون للغازات النبيلة بشكل قاطع، لذا قد تكون لها قيم سالبة طفيفة أو لا.

_{تزداد طاقة التكافؤ}(Eea ) عمومًا عبر الدورة (الصف) في الجدول الدوري قبل الوصول إلى المجموعة 18. ويعود ذلك إلى امتلاء غلاف التكافؤ للذرة؛ إذ تُطلق ذرة المجموعة 17 طاقة أكبر من ذرة المجموعة 1 عند اكتسابها إلكترونًا، لأن غلاف تكافؤها يكون ممتلئًا ، وبالتالي تكون أكثر استقرارًا. أما في المجموعة 18، فيكون غلاف التكافؤ ممتلئًا، مما يعني أن الإلكترونات المضافة غير مستقرة، وتميل إلى الانطلاق بسرعة كبيرة.

على عكس المتوقع، لا تنخفض قيمة E _ea عند النزول في معظم أعمدة الجدول الدوري. فعلى سبيل المثال، تزداد قيمة E _{ea} باستمرار عند النزول في العمود بالنسبة لبيانات المجموعة الثانية . وبالتالي، فإن الألفة الإلكترونية تتبع نفس اتجاه "اليسار-اليمين" الذي تتبعه الكهرسلبية، ولكن ليس اتجاه "الأعلى-الأسفل".

البيانات التالية مذكورة بوحدة كيلوجول/مول .

الألفة الإلكترونية في الجدول الدوري

المجموعة →

↓ فترة

H 73

هو (-48)

2

لي 60

كن (−48)

ب 27

ج 122

N −7

O 141

F 328

Ne (−116)

3

Na 53

Mg (−40)

الـ 42

Si 134

ص 72

S 200

Cl 349

Ar (−96)

4

ك 48

Ca 2

Sc 17

تي آي 7

V 51

Cr 65

Mn (−50)

Fe 15

Co 64

Ni 112

Cu 119

Zn (−58)

Ga 29

جي 119

78

Se 195

بر 325

Kr (−96)

5

Rb 47

Sr 5

Y 30

Zr 42

رقم 89

مو 72

Tc (53)

Ru 101

Rh 110

الصفحة 54

126 أغسطس

Cd (−68)

في عام 37

سن 107

Sb 101

Te 190

I 295

Xe (−77)

6

ج 46

Ba 14

لو 23

Hf 17

تا 32

W 79

إعادة 6

Os 104

Ir 151

الجزء 205

Au 223

الزئبق (-48)

Tl 31

ص 34

Bi 91

بو (136)

عند 233

Rn (−68)

7

فر (47)

را (10)

Lr (−30)

الترددات الراديوية

قاعدة البيانات

سنغافورة

به

Hs

جبل

دي إس

Rg (151)

Cn (<0)

Nh (67)

Fl (<0)

مك (35)

المستوى (75)

Ts (166)

أوج (8)

لا 54

Ce 58

11

Nd 9

الساعة 12

Sm 16

11 يورو

Gd 21

تي بي 13

اليوم 1

هو 33

Er 30

99

Yb (−2)

Ac (34)

Th 59

با (53)

U 30

Np (46)

Pu (−48)

أنا (10)

سم (27)

Bk (−165)

Cf (−97)

Es (−29)

Fm (34)

Md (94)

لا (-223)

أسطورة

القيم بوحدة كيلوجول/مول ، مقربة إلى أقرب عدد صحيح.

للحصول على القيمة المكافئة بوحدة الإلكترون فولت، انظر: ألفة الإلكترون (صفحة البيانات)

تشير الأقواس أو المعقوفات الدائرية () إلى التوقعات

بدائي من التحلل ، حدود اصطناعية تُظهر التواجد الطبيعي للعنصر

الألفة الإلكترونية الجزيئية

تُعدّ الألفة الإلكترونية للجزيئات دالةً معقدةً لبنيتها الإلكترونية. فعلى سبيل المثال، تكون الألفة الإلكترونية للبنزين سالبة، وكذلك للنفثالين، بينما تكون موجبة للأنثراسين والفينانثرين والبيرين . وتُظهر التجارب الحاسوبية أن الألفة الإلكترونية لسداسي سيانوبنزين تتجاوز الألفة الإلكترونية للفوليرين . ^[⁵^]

تعريف في فيزياء الحالة الصلبة

في مجال فيزياء الحالة الصلبة ، يُعرَّف ميل الإلكترون بشكل مختلف عن تعريفه في الكيمياء والفيزياء الذرية. بالنسبة لسطح التماس بين شبه موصل وفراغ (أي سطح شبه موصل)، يُعرَّف ميل الإلكترون، الذي يُرمز إليه عادةً بـ E _{EA} أو χ ، بأنه الطاقة الناتجة عن نقل إلكترون من الفراغ خارج شبه الموصل مباشرةً إلى أسفل نطاق التوصيل داخل شبه الموصل مباشرةً: ^{[ 6 ]}

E_{\rm {ea}}\equiv E_{\rm {vac}}-E_{\rm {C}}

في أشباه الموصلات النقية عند الصفر المطلق ، يُشابه هذا المفهوم وظيفيًا تعريف الألفة الإلكترونية في الكيمياء، حيث ينتقل الإلكترون المُضاف تلقائيًا إلى قاع نطاق التوصيل. أما عند درجات حرارة غير صفرية، وبالنسبة للمواد الأخرى (المعادن، أشباه المعادن، أشباه الموصلات المُطعّمة بكثافة)، فلا يصح هذا التشبيه، إذ ينتقل الإلكترون المُضاف في المتوسط إلى مستوى فيرمي. على أي حال، تختلف قيمة الألفة الإلكترونية للمادة الصلبة اختلافًا كبيرًا عن قيمتها في الكيمياء والفيزياء الذرية لذرة من نفس المادة في الحالة الغازية. فعلى سبيل المثال، تبلغ الألفة الإلكترونية لسطح بلورة السيليكون 4.05 إلكترون فولت، بينما تبلغ 1.39 إلكترون فولت لذرة سيليكون معزولة .

ترتبط ألفة الإلكترون لسطح ما ارتباطًا وثيقًا بدالة الشغل الخاصة به . دالة الشغل هي الشغل الديناميكي الحراري الذي يمكن الحصول عليه عن طريق إزالة إلكترون من المادة إلى الفراغ بشكل عكسي ومتساوي الحرارة؛ ويتجه هذا الإلكترون الديناميكي الحراري إلى مستوى فيرمي في المتوسط، وليس إلى حافة نطاق التوصيل. $W=E_{\rm {vac}}-E_{\rm {F}}$ بينما يمكن تغيير دالة الشغل لأشباه الموصلات عن طريق التطعيم ، فإن الألفة الإلكترونية لا تتغير نظريًا مع التطعيم، ولذا فهي أقرب إلى كونها ثابتًا للمادة. مع ذلك، وكما هو الحال مع دالة الشغل، تعتمد الألفة الإلكترونية على خصائص السطح (وجه البلورة، التركيب الكيميائي للسطح، إلخ) وتُعدّ خاصية سطحية بحتة.

في فيزياء أشباه الموصلات، لا يُستخدم تقارب الإلكترون بشكل أساسي في تحليل أسطح أشباه الموصلات والفراغ، بل في قواعد تقارب الإلكترون الاستدلالية لتقدير انحناء النطاق الذي يحدث عند واجهة مادتين، وخاصة وصلات المعدن-أشباه الموصلات والوصلات غير المتجانسة لأشباه الموصلات .

في بعض الحالات، قد تصبح الألفة الإلكترونية سالبة. ^{[ 7 ]} غالبًا ما يُفضّل الحصول على ألفة إلكترونية سالبة للحصول على كاثودات فعّالة قادرة على تزويد الفراغ بالإلكترونات مع فقد ضئيل للطاقة. يمكن استخدام مردود الإلكترونات المُلاحَظ كدالة لمتغيرات مختلفة، مثل جهد الانحياز أو ظروف الإضاءة، لوصف هذه البنى باستخدام مخططات نطاقات الطاقة، حيث تُعدّ الألفة الإلكترونية أحد هذه المتغيرات.

انظر أيضاً

مطيافية الكتلة بالتقاط الإلكترون
السالبية الكهربية
مانح الإلكترونات
طاقة التأين - مفهوم وثيق الصلة يصف الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون من ذرة أو جزيء متعادل
اختزال إلكترون واحد
إلكترون التكافؤ
مستوى الفراغ

مراجع

1 2 الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " الألفة الإلكترونية ". doi : 10.1351/goldbook.E01977
↑ روبرت س. موليكن، مجلة الفيزياء الكيميائية ، 1934 ، 2 ، 782.
↑ الكيمياء العضوية الفيزيائية الحديثة، إريك ف. أنسلين ودينيس أ. دوهرتي، منشورات جامعة العلوم، 2006، رقم ISBN 978-1-891389-31-3
↑ المبادئ الكيميائية: البحث عن الفهم، بيتر أتكينز ولوريتا جونز، فريمان، نيويورك، 2010 ISBN 978-1-4292-1955-6
↑ خصائص استقبال الإلكترونات الملحوظة لأبسط مركبات سيانوكربون البنزينويدية: سداسي سيانوبنزين، وثماني سيانونفثالين، وعشري سيانوأنثراسين. شيوهوي تشانغ، وكيانشو لي، وجاستن ب. إنجلز، وأندرو س. سيمونيت، وستيفن إي. ويلر، وياومينغ شي، و ر. بروس كينغ، وهنري ف. شيفر الثالث، و ف. ألبرت كوتون. مجلة الاتصالات الكيميائية ، 2006 ، 758-760. ملخص
↑ تونغ، ريموند ت. "الأسطح الحرة لأشباه الموصلات" . كلية بروكلين .
↑ هيمبسل، ف.؛ كناب، ج.؛ فانفشتن، ج.؛ إيستمان، د. (1979). "العائد الضوئي الكمي للماس (111) - باعث مستقر ذو ألفة سالبة". مجلة Physical Review B. 20 ( 2): 624. Bibcode : 1979PhRvB..20..624H . doi : 10.1103/PhysRevB.20.624 .

ترو، نيفالدو ج. (2008). الكيمياء: مدخل جزيئي (الطبعة الثانية). نيوجيرسي: بيرسون برنتيس هول . ISBN 0-13-100065-9الصفحات 348-349.

روابط خارجية

الألفة الإلكترونية ، تعريف من الكتاب الذهبي للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية

[Compendiumof-1] 1 2 الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " الألفة الإلكترونية ". doi : 10.1351/goldbook.E01977

[2] روبرت س. موليكن، مجلة الفيزياء الكيميائية ، 1934 ، 2 ، 782.

[3] الكيمياء العضوية الفيزيائية الحديثة، إريك ف. أنسلين ودينيس أ. دوهرتي، منشورات جامعة العلوم، 2006، رقم ISBN 978-1-891389-31-3

[4] المبادئ الكيميائية: البحث عن الفهم، بيتر أتكينز ولوريتا جونز، فريمان، نيويورك، 2010 ISBN 978-1-4292-1955-6

[5] خصائص استقبال الإلكترونات الملحوظة لأبسط مركبات سيانوكربون البنزينويدية: سداسي سيانوبنزين، وثماني سيانونفثالين، وعشري سيانوأنثراسين. شيوهوي تشانغ، وكيانشو لي، وجاستن ب. إنجلز، وأندرو س. سيمونيت، وستيفن إي. ويلر، وياومينغ شي، و ر. بروس كينغ، وهنري ف. شيفر الثالث، و ف. ألبرت كوتون. مجلة الاتصالات الكيميائية ، 2006 ، 758-760. ملخص

[6] تونغ، ريموند ت. "الأسطح الحرة لأشباه الموصلات" . كلية بروكلين .

[7] هيمبسل، ف.؛ كناب، ج.؛ فانفشتن، ج.؛ إيستمان، د. (1979). "العائد الضوئي الكمي للماس (111) - باعث مستقر ذو ألفة سالبة". مجلة Physical Review B. 20 ( 2): 624. Bibcode : 1979PhRvB..20..624H . doi : 10.1103/PhysRevB.20.624 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[

[

[ 6 ]

[ 7 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗