Elektronenaffinitäten

Elektronenaffinität bezeichnet die Energieänderung, die entsteht, wenn ein neutrales Atom im Gaszustand ein Elektron aufnimmt, um einanion zu bilden. In der üblichen Konvention wird sie als positive Größe angegeben, wenn der Prozess exotherm ist und Energie freigesetzt wird. Negative Werte bedeuten, dass dem Atom beim Aufnahmeprozess Energie zugeführt werden muss.

Bei Atomen unterscheiden sich adiabatische und vertikale Elektronenaffinitäten kaum, da sich die Geometrie eines Atoms durch die Elektronaufnahme praktisch nicht ändert. Für Moleküle können diese Konzepte jedoch unterschiedlich ausfallen; hier ist die vertikale Affinität der Energieverlust oder -gewinn bei einer Aufnahme am ungeänderten Molekülzustand, während die adiabatische Affinität die optimalen Endzustände berücksichtigt.

Trends im Periodensystem: Von links nach rechts in einer Periode steigt die Elektronenaffinität tendenziell, besonders stark bei den Halogenen. Edelgase besitzen sehr niedrige oder negative Elektronenaffinität, da das Hinzufügen eines Elektrons eine neue Elektronenschale erzwingen würde. Von oben nach unten in einer Gruppe nimmt die Affinität i. d. R. ab, weil äußere Elektronen stärker abgeschirmt sind.

Beispiele und Bedeutung: Halogene wie Chlor weisen eine vergleichsweise hohe Elektronenaffinität auf, während Stickstoff eine geringe bis negative Affinität besitzt. Die Elektronenaffinität beeinflusst die Neigung zur Bildung von Anionen, Reaktivität und Redoxverhalten von Elementen.

Messung und Relevanz: Die Elektronenaffinität wird überwiegend in der Gasphase bestimmt, etwa durch Massenspektrometrie oder Photoelektronenspektroskopie. In der Festkörperphysik beschreibt man gelegentlich die Oberflächeelektronenaffinität als Energieunterschied zwischen Vakuumniveau und Leitungsbandrand, relevant für Kontaktbarrieren und elektronischen Transport.