화학 고2 물질의 구조와 성질 심화

전자 친화도

Q: 2차 전자 친화도도 있나요?

있지만 거의 항상 흡열입니다. 이미 음이온이 된 입자에 또 음전하를 밀어 넣어야 하므로 서로 밀어냅니다. O2-를 만드는 두 번째 단계에는 에너지를 넣어 줘야 하는데도 실제로 산화물이 안정한 것은, 뒤이어 격자 에너지가 그보다 훨씬 큰 이득을 주기 때문입니다.

기체 상태의 중성 원자가 전자 1개를 받아들일 때 방출하는 에너지. 할로겐족이 가장 크며, 주기율표 경향성(주기·족)을 가진다.

기체 상태의 중성 원자 하나가 전자 1개를 받아들여 음이온이 될 때 방출하는 에너지입니다.

전자가 원자라는 계단 아래로 굴러떨어지면서 에너지를 내놓는 것과 같습니다. 계단이 깊을수록(원자가 전자를 반길수록) 떨어지며 내는 에너지가 큽니다. 그 깊이가 전자 친화도입니다.

쉽게 말하면

이온화 에너지가 '전자를 억지로 떼어내는 데 드는 값'이라면, 전자 친화도는 그 반대편 이야기입니다. 전자를 하나 더 받아들일 때 원자가 얼마나 반기는가를 에너지로 잰 것입니다.

$X (g) + e^{-} \to X^{-} (g)$

원자가 전자를 강하게 끌어당길수록, 즉 유효 핵전하(Zeff)가 크고 원자가 작을수록 전자가 들어올 때 더 많은 에너지가 방출됩니다. 그래서 전자 친화도는 주기적 성질 중 하나로, 대체로 주기를 오른쪽으로 갈수록 커지고 족을 내려갈수록 작아집니다. 할로젠(17족)이 가장 큰 값을 갖는데, 전자 하나만 더 받으면 비활성 기체와 같은 안정한 배치가 완성되기 때문입니다.

반대로 18족은 이미 부껍질이 꽉 차 있어 새 전자를 받으려면 더 바깥 껍질을 열어야 하므로, 전자를 받아도 안정해지지 않습니다. 2족과 15족도 각각 s 부껍질이 꽉 찼거나 p 오비탈에 홀전자가 고르게 들어차 있어, 이웃보다 값이 오히려 작습니다. 경향선이 매끄럽지 않은 이유가 여기 있습니다.

전자 친화도는 전기음성도와 자주 혼동되지만 다른 개념입니다. 전자 친화도는 기체 상태의 고립된 원자 하나를 두고 실제로 측정한 에너지값이고, 전기음성도는 결합을 이룬 상태에서 전자를 얼마나 자기 쪽으로 끄는지를 나타내는 상대적인 지표입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

할로젠이 전자 친화도가 가장 큰 이유

$Cl (3 s^{2} 3 p^{5}) + e^{-} \to Cl^{-} (3 s^{2} 3 p^{6})$

염소는 p 오비탈에 전자 한 자리만 비어 있습니다. 전자 하나가 들어오면 곧바로 아르곤과 같은 안정한 배치가 완성되므로 매우 반깁니다. 그래서 염소는 전자를 받아 $C l^{-}$ 가 되기를 몹시 좋아하고, 이것이 소금( $NaCl$ )이 만들어지는 이유의 절반입니다.
예시 2

18족은 전자를 반기지 않는다

$Ne (2 s^{2} 2 p^{6}) + e^{-} \to ?$

네온은 2p가 이미 꽉 찼습니다. 전자를 하나 더 받으려면 훨씬 바깥인 3s에 넣어야 하는데, 그 자리는 핵에서 멀고 안쪽 전자들에 가려져 있어 오히려 에너지를 넣어 줘야 들어갑니다. 그래서 18족의 전자 친화도는 사실상 0이거나 흡열입니다.
예시 3

플루오린보다 염소가 더 크다

주기율표 경향만 보면 더 작고 $Z_{eff}$ 가 큰 플루오린이 1등이어야 할 것 같지만, 실제로는 염소가 조금 더 큽니다. 플루오린은 원자가 너무 작아서 전자가 이미 빽빽하게 몰려 있고, 새로 들어온 전자가 기존 전자들과 심하게 반발하기 때문입니다. 경향성이 '규칙'이 아니라 '경쟁하는 두 요인의 결과'임을 보여 주는 사례입니다.

전자 친화도와 전기음성도 — 비슷해 보이지만 다른 것

구분	전자 친화도	전기음성도
무엇을 재는가	고립된 기체 원자가 전자를 받을 때 방출하는 에너지	결합 속에서 공유 전자쌍을 끌어당기는 상대적 세기
상태	기체 상태의 원자 하나	다른 원자와 결합한 상태
단위	에너지 단위(kJ/mol 등)	단위 없는 상대적 수치
측정	실험으로 직접 측정	여러 자료로부터 계산해 정한 척도
최대 원소	할로젠(염소가 최대급)	플루오린

자주 하는 오해

부호를 반대로 이해하기

이렇게 생각하기 쉬움전자 친화도가 크다는 것은 전자를 떼어내기 어렵다는 뜻이다

실제로는전자 친화도가 크다는 것은 전자를 '받아들일 때' 에너지를 많이 내놓는다, 즉 전자를 잘 받아들인다는 뜻입니다.

전자 친화도는 전자를 떼는 이야기가 아니라 붙이는 이야기입니다. 떼는 쪽은 이온화 에너지입니다. 게다가 방출하는 에너지를 양수로 정의하기 때문에, 반응의 엔탈피 변화(

Δ H

)로 쓰면 오히려 음수가 됩니다. 문제에서 '방출 에너지'로 묻는지 '

Δ H

'로 묻는지 먼저 확인하세요.

전자 친화도와 전기음성도를 같은 것으로 쓰기

이렇게 생각하기 쉬움플루오린이 전기음성도 1등이니 전자 친화도도 당연히 1등이다

실제로는전기음성도는 플루오린이 가장 크지만, 전자 친화도는 염소가 플루오린보다 조금 더 큽니다.

두 값은 재는 상황 자체가 다릅니다. 전기음성도는 결합 속에서 전자쌍을 끄는 힘이고, 전자 친화도는 기체 원자 하나가 새 전자를 받을 때 실제로 방출하는 에너지입니다. 플루오린은 너무 작아서, 새 전자를 들이면 기존 전자들과의 반발이 커집니다. 개념이 다르면 순위도 다를 수 있습니다.