इलेक्ट्रान बन्धुता

किसी परमाणु या अणु की इलेक्ट्रॉन बंधुता (E_ea) को तब प्रवर्तमान ऊर्जा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जब एक इलेक्ट्रॉन गैसीय अवस्था में एक तटस्थ परमाणु या अणु से जुड़कर ऋणायन बनाता है।

X(g) + e⁻ → X⁻(g) + energy

यह इलेक्ट्रॉन कैप्चर आयनीकरण के एन्थैल्पी परिवर्तन के समान नहीं होते है, जिसे ऊर्जा रिलीज होने पर ऋणात्मक के रूप में परिभाषित किया जाता है। दूसरे शब्दों में, तापीय धारिता परिवर्तन और इलेक्ट्रॉन बंधुता एक नकारात्मक चिह्न से भिन्न रूप में होते है।

ठोस अवस्था भौतिकी में, किसी सतह के लिए इलेक्ट्रॉन बंधुता को कुछ अलग विधि से परिभाषित किया जाता है, इलेक्ट्रॉन आत्मीयता इलेक्ट्रॉन संबंध जैसा कि ठोस अवस्था भौतिकी में परिभाषित किया गया है।

इलेक्ट्रॉन बंधुता का मापन और उपयोग

इस गुण का उपयोग केवल गैसीय अवस्था में परमाणुओं और अणुओं को मापने के लिए किया जाता है, क्योंकि ठोस या तरल अवस्था में उनके ऊर्जा स्तर अन्य परमाणुओं या अणुओं के संपर्क से बदल जाते हैं।

इलेक्ट्रॉन समानता की एक सूची का उपयोग रॉबर्ट एस मुल्लिकेन द्वारा इलेक्ट्रॉनों के औसत के बराबर परमाणुओं के लिए वैद्युतीय ऋणात्मकता स्केल विकसित करने के लिए किया गया था।आत्मीयता और आयनीकरण क्षमता। इलेक्ट्रॉन बंधुता का उपयोग करने वाली अन्य सैद्धांतिक अवधारणाओं में इलेक्ट्रॉनिक रासायनिक क्षमता और रासायनिक कठोरता के रूप में सम्मलित होते है। एक अन्य उदाहरण, एक अणु या परमाणु जिसमें दूसरे की तुलना में इलेक्ट्रॉन संबंध का अधिक सकारात्मक मूल्य होता है, उसे अधिकांशतः इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता और कम सकारात्मक इलेक्ट्रॉन दाता कहा जाता है। एक साथ वे इंटरवलेंस चार्ज ट्रांसफर प्रतिक्रियाओं से गुजर सकते हैं।

साइन कन्वेंशन

इलेक्ट्रॉन बंधुता का ठीक से उपयोग करने के लिए, साइन का ट्रैक रखना आवश्यक होता है। किसी भी प्रतिक्रिया के लिए जो ऊर्जा रिलीज करती है, कुल ऊर्जा में ΔE परिवर्तन का नकारात्मक मान होता है और प्रतिक्रिया को उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया कहा जाता है। लगभग सभी गैर- नॉबेल गैस परमाणुओं के लिए इलेक्ट्रॉन कैप्चर में ऊर्जा की रिलीज के रूप में सम्मलित होती है और इस प्रकार एक्ज़ोथिर्मिक के रूप में होते है। सकारात्मक मान जो E_ea की तालिकाओं में सूचीबद्ध रूप में राशियाँ या परिमाण हैं। यह परिभाषा के भीतर रिलीज किया गया शब्द है, जो ऊर्जा रिलीज करता है जो ΔE को नकारात्मक संकेत प्रदान करता है। E_ea को भूलने से भ्रम उत्पन्न होता है, जो ऊर्जा में परिवर्तन के लिए ΔE, जिस स्थिति में सारणियों में सूचीबद्ध धनात्मक मान एंडो-नॉट एक्सो-थर्मिक प्रक्रिया के लिए होते है। दोनों के बीच संबंध E_ea = −ΔE संलग्न के रूप में होते है।

चूँकि, यदि मान E_ea को सौंपा गया ऋणात्मक रूप में होता है, तो ऋणात्मक चिन्ह का तात्पर्य दिशा के उलट होने से है और एक इलेक्ट्रॉन को संलग्न करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस स्थितियों में, इलेक्ट्रॉन कैप्चर एक एन्दोथर्मिक प्रक्रिया के रूप में है और संबंध, E_ea = −ΔE संलग्न अभी भी मान्य है। ऋणात्मक मान सामान्यतः एक दूसरे इलेक्ट्रॉन पर कब्जा करने के लिए उत्पन्न होते हैं, लेकिन नाइट्रोजन परमाणु के लिए इस रूप में होते है।

E_ea की गणना के लिए सामान्य अभिव्यक्ति जब एक इलेक्ट्रॉन जुड़ा होता है

E_ea = (E_initial − E_final)_attach = −ΔE(attach)

यह व्यंजक कन्वेन्शन का पालन करता है क्योंकि ΔX = X(final) − X(initial) since −ΔE = −(E(final) − E(initial)) = E(initial) − E(final).के रूप में होते है।

समान रूप से, इलेक्ट्रॉन आत्मीयता को परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जबकि यह एक विद्युत आवेश रखता है| एकल अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन इस प्रकार परमाणु को एक आयन बनाता है, अर्थात प्रक्रिया के लिए ऊर्जा परिवर्तन इस रूप में होती है

X⁻ → X + e⁻

यदि आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं के लिए एक ही टेबल का उपयोग किया जाता है, तो संकेतों को स्विच किए बिना, सही परिभाषा को संबंधित दिशा, अटैचमेंट रिलीज़ या डिटैचमेंट आवश्यक पर लागू करने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए। चूंकि लगभग सभी डिटेचमेंट आवश्यकता + तालिका में सूचीबद्ध ऊर्जा की मात्रा के रूप में होते है, वे डिटेचमेंट प्रतिक्रियाएं एंडोथर्मिक या ΔE (डिटैच)> 0 के रूप में होते है

E_ea = (E_final − E_initial)_detach = ΔE(detach) = −ΔE(attach).

तत्वों की इलेक्ट्रॉन बंधुता

इलेक्ट्रॉन बंधुता E_ea बनाम परमाणु संख्या (जेड)। पिछले अनुभाग में हस्ताक्षर परिपाटी की व्याख्या पर ध्यान दें।

Main article: इलेक्ट्रॉन एफ़िनिटी (डेटा पृष्ठ)

चूंकि E_ea आवर्त सारणी में बहुत भिन्न रूप में होता है, कुछ पैटर्न उभर कर आते हैं। सामान्यतः, धातुओं की तुलना में अधातुओं में अधिक धनात्मक E_ea होता है। ऐसे परमाणु जिनके आयन तटस्थ परमाणुओं की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं, उनका E_ea.अधिक होता है। क्लोरीन सबसे अधिक मजबूती से अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है; नियोन सबसे कमजोर रूप से एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को आकर्षित करता है। नोबल गैसों की इलेक्ट्रॉन बंधुता को निर्णायक रूप से नहीं मापा गया है, इसलिए उनका थोड़ा नकारात्मक मान हो सकता है या नहीं भी हो सकता है।

E_ea सामान्यतः समूह 18 तक पहुँचने से पहले आवर्त सारणी में एक अवधि पंक्ति में वृद्धि होती है। यह परमाणु के संयोजी खोल के भरने के कारण होता है; एक हलोजन परमाणु एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने पर समूह 1 तत्व के परमाणु की तुलना में अधिक ऊर्जा रिलीज करता है, क्योंकि यह एक भरा हुआ इलेक्ट्रॉन कवच प्राप्त करता है और इसलिए अधिक स्थिर रूप में होता है। समूह 18 में, वैलेंस शेल भरा हुआ है, जिसका अर्थ है कि जोड़े गए इलेक्ट्रॉन अस्थिर रूप में होते है, यह बहुत जल्दी बाहर निकलने की प्रवृत्ति रखते हैं।

विरोधाभासी रूप से, E_ea आवर्त सारणी के अधिकांश स्तंभों में नीचे जाने पर घटता नहीं है। उदाहरण के लिए, E_ea वास्तव में समूह 2 तत्व डेटा के लिए कॉलम अवरोही पर लगातार बढ़ता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन आत्मीयता वैद्युतीय ऋणात्मकता के समान बाएँ-दाएँ प्रवृत्ति का अनुसरण करती है, लेकिन ऊपर-नीचे की प्रवृत्ति का नहीं करती है।

निम्नलिखित डेटा केजे / एमओएल में उद्धृत किया गया है।

Electron affinities in the periodic table
Group →	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
↓ Period
1	H 73																		He(−50)
2	Li60	Be(−50)												B 27	C 122	N −7	O 141	F 328	Ne(−120)
3	Na53	Mg(−40)												Al42	Si134	P 72	S 200	Cl349	Ar(−96)
4	K 48	Ca2		Sc18	Ti7	V 51	Cr65	Mn(−50)	Fe15	Co64	Ni112	Cu119	Zn(−60)	Ga29	Ge119	As78	Se195	Br325	Kr(−96)
5	Rb47	Sr5		Y 30	Zr42	Nb89	Mo72	Tc(53)	Ru(101)	Rh110	Pd54	Ag126	Cd(−70)	In37	Sn107	Sb101	Te190	I 295	Xe(−80)
6	Cs46	Ba14		Lu23	Hf17	Ta31	W 79	Re6	Os104	Ir151	Pt205	Au223	Hg(−50)	Tl31	Pb34	Bi91	Po(136)	At233	Rn(−70)
7	Fr(47)	Ra(10)		Lr(−30)	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg(151)	Cn(<0)	Nh(67)	Fl(<0)	Mc(35)	Lv(75)	Ts(166)	Og(8)
				La54	Ce55	Pr11	Nd9	Pm(12)	Sm(16)	Eu11	Gd(13)	Tb13	Dy(>34)	Ho(33)	Er(30)	Tm99	Yb(−2)
				Ac(34)	Th(113)	Pa(53)	U (51)	Np(46)	Pu(−48)	Am(10)	Cm(27)	Bk(−165)	Cf(−97)	Es(−29)	Fm(34)	Md(94)	No(−223)
Legend
Values are in kJ/mol, rounded
For the equivalent in eV, see: Electron affinity (data page)
Parentheses or Round brackets() denote predictions
Primordial  [[Trace radioisotope|From decay]]  Synthetic Border shows natural occurrence of the element s-block f-block d-block p-block

आणविक इलेक्ट्रॉन समानताएं

अणुओं की इलेक्ट्रॉन बंधुता उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना का एक जटिल कार्य के रूप में होती है। उदाहरण के लिए, बेंजीन के लिए इलेक्ट्रॉन बंधुता नकारात्मक रूप में होती है, जैसा कि नेफ़थलीन की होती है, जबकि अंगारिन, फेनेंथ्रीन और पाइरीन की सकारात्मक रूप में होती है। सिलिको प्रयोगों से पता चलता है कि हेक्सासाइनोबेंजीन की इलेक्ट्रॉन बंधुता फुलरीन से अधिक होती है।

इलेक्ट्रॉन बंधुता जैसा कि ठोस अवस्था भौतिकी में परिभाषित किया गया है

अर्धचालक -निर्वात इंटरफेस का बैंड आरेख इलेक्ट्रॉन एफिनिटी E_EA दिखा रहा है, निकट-सतह निर्वात ऊर्जा E_vac के बीच अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है और निकट-सतह चालन बैंड एज E_C. यह भी दिखाया गया है: फर्मी स्तर E_F, संयोजी बंध एज E_V, कार्य फलन डब्ल्यू के रूप में होते है।

ठोस अवस्था भौतिकी के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन बंधुता को रसायन विज्ञान और परमाणु भौतिकी की तुलना में अलग तरह से परिभाषित किया जाता है। अर्धचालक -निर्वात इंटरफ़ेस के लिए,अर्थात् अर्धचालक इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन संबंध की सतह को सामान्यतः E_EA या χ, द्वारा दर्शाया जाता है, जिसे अर्धचालक के ठीक बाहर कंडक्टर बैंड के नीचे अर्धचालक के बाहर निर्वात से एक इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित करके प्राप्त ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जाता है।

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

निरपेक्ष शून्य पर एक आंतरिक अर्धचालक में, यह अवधारणा कार्यात्मक रूप से इलेक्ट्रॉन आत्मीयता की रसायन विज्ञान की परिभाषा के अनुरूप होती है, क्योंकि एक जोड़ा इलेक्ट्रॉन अनायास चालन बैंड के नीचे जाता है। गैर-शून्य तापमान पर और अन्य सामग्रियों धातु, अर्ध-धातु, अत्यधिक अपमिश्रित अर्धचालक के लिए, सादृश्य धारण नहीं करता है क्योंकि एक जोड़ा इलेक्ट्रॉन इसके अतिरिक्त औसत रूप से फर्मी स्तर पर जाता है। किसी भी स्थिति में, एक ठोस पदार्थ के इलेक्ट्रॉन बन्धुता का मूल्य गैस चरण में एक ही पदार्थ के परमाणु के लिए रसायन विज्ञान और परमाणु भौतिकी इलेक्ट्रॉन बन्धुता मूल्य से बहुत भिन्न रूप में होता है। उदाहरण के लिए, एक सिलिकॉन क्रिस्टल सतह में इलेक्ट्रॉन बन्धुता 4.05 ईवी के रूप में होती है, जबकि एक पृथक सिलिकॉन परमाणु में इलेक्ट्रॉन बन्धुता 1.39 ईवी के रूप में होती है।

किसी सतह की इलेक्ट्रॉन बंधुता उसके कार्य फलन से निकटता से संबंधित होती है, लेकिन उससे भिन्न रूप में होती है। कार्य फलन थर्मोडायनामिक कार्य के रूप में होता है, जिसे सामग्री से निर्वात में एक इलेक्ट्रॉन को विपरीत रूप से और समतापीय रूप से हटाकर प्राप्त किया जा सकता है; यह थर्मोडायनामिक इलेक्ट्रॉन औसतन फ़र्मी स्तर पर जाता है, चालन बैंड किनारे पर नहीं होते है, $W=E_{\rm {vac}}-E_{\rm {F}}$. जबकि एक अर्धचालक के कार्य फलन को डोपिंग (अर्धचालक ) द्वारा बदला जा सकता है, इलेक्ट्रॉन संबंध आदर्श रूप से डोपिंग के साथ नहीं बदलता है और इसलिए यह भौतिक स्थिरांक होने के करीब होता है। चूंकि, कार्य फलन की तरह इलेक्ट्रॉन संबंध सतह समाप्ति क्रिस्टल फेसेस, सतह रसायन, आदि पर निर्भर करता है और यह सख्ती से सतह की गुणधर्म के रूप में होते है।

अर्धचालक भौतिकी में, इलेक्ट्रॉन बंधुता का प्राथमिक उपयोग वास्तव में अर्धचालक निर्वात सतहों के विश्लेषण में नहीं होते है। बल्कि दो सामग्रियों के इंटरफेस पर होने वाले बैंड झुकना का अनुमान लगाने के लिए ह्यूरिस्टिक इलेक्ट्रॉन बंधुता नियम में होता है, विशेष रूप से धातु-अर्धचालक जंक्शनों में और अर्धचालक विषमताएँ होती है।

कुछ परिस्थितियों में इलेक्ट्रॉन बंधुता ऋणात्मक हो सकती है। अधिकांशतः नकारात्मक इलेक्ट्रॉन संबंध कुशल कैथोड प्राप्त करने के लिए वांछित रूप में होते हैं, जो कम ऊर्जा हानि के साथ निर्वात को इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति कर सकते हैं। पूर्वाग्रह वोल्टेज या रोशनी की स्थिति जैसे विभिन्न मापदंडों के एक फलन के रूप में देखी जाती है इलेक्ट्रॉन का उपयोग इन संरचनाओं को बैंड आरेखों के साथ वर्णित करने के लिए किया जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉन आत्मीयता एक पैरामीटर के रूप में होते है। इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन पर सतह समाप्ति के स्पष्ट प्रभाव के एक उदाहरण के लिए, मार्च्यवका प्रभाव में चित्र 3 को देख सकते है ।

यह भी देखें

• आयनीकरण ऊर्जा - एक तटस्थ परमाणु या अणु से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा का वर्णन करने वाली एक निकट संबंधी अवधारणा के रूप में होती है
• एक-इलेक्ट्रॉन कमी
• इलेक्ट्रॉन-कैप्चर मास स्पेक्ट्रोमेट्री
• वैद्युतीय ऋणात्मकता
• रासायनिक संयोजन इलेक्ट्रॉन
• निर्वात स्तर
• इलेक्ट्रॉन दाता

संदर्भ

• Tro, Nivaldo J. (2008). Chemistry: A Molecular Approach (2nd Edn.). New Jersey: Pearson Prentice Hall. ISBN 0-13-100065-9. pp. 348–349.

बाहरी संबंध

• Electron affinity, definition from the IUPAC Gold Book