전자 친화도

전자 친화도(電子 親和度, Electron Affinity, EA)는 기체 상태의 중성 원자나 분자가 전자 하나를 받아들여 1가의 음이온이 될 때 방출하거나 흡수하는 에너지의 양을 의미한다. 반응식으로는 X(g) + e⁻ → X⁻(g) 로 표현될 수 있다.

전자 친화도는 이 과정에서 발생하는 에너지 변화(주로 엔탈피 변화 ΔH)의 반대 부호로 정의되는 경우가 많다. 즉, EA = -ΔH 이다. 따라서 전자를 받아들일 때 에너지를 방출하는(발열 반응, ΔH < 0) 경우 전자 친화도는 양수(EA > 0) 값을 가지며, 이는 생성된 음이온이 중성 원자보다 안정하다는 것을 의미한다. 전자 친화도 값이 클수록 원자가 전자를 얻으려는 경향이 강하다. 반대로, 전자를 받아들일 때 에너지를 흡수하는(흡열 반응, ΔH > 0) 경우 전자 친화도는 음수(EA < 0) 값을 가지며, 이는 전자를 얻는 것이 에너지적으로 불리하다는 것을 의미한다. 단위는 주로 kJ/mol 또는 eV를 사용한다.

주기율표상의 경향:

• 같은 주기에서 원자 번호가 커질수록(오른쪽으로 갈수록) 전자 친화도는 일반적으로 커지는 경향을 보인다. 이는 유효 핵전하가 증가하여 전자를 끌어당기는 핵의 인력이 강해지기 때문이다. 할로젠족 원소들(17족)은 가장 큰 전자 친화도를 가지는 원소들이다.
• 같은 족에서 원자 번호가 커질수록(아래로 갈수록) 전자 친화도는 일반적으로 작아지는 경향을 보인다. 이는 원자 반지름이 커지고 안쪽 전자 껍질에 의한 가리움 효과(screening effect) 때문에 핵의 인력이 감소하여 전자를 끌어당기는 힘이 약해지기 때문이다.
• 예외: 2족(알칼리 토금속)과 18족(비활성 기체) 원소들은 전자 배치가 매우 안정하여 전자를 얻는 것이 매우 어렵거나 에너지를 흡수하므로 전자 친화도가 음수 값을 갖는다. 15족(질소족) 원소도 반쯤 채워진 p 오비탈의 안정성 때문에 예상보다 작은 전자 친화도를 가지거나 음수 값을 가질 수 있다.

전자 친화도에 영향을 미치는 요인:

• 유효 핵전하: 유효 핵전하가 클수록 핵이 전자를 더 강하게 끌어당기므로 전자 친화도가 커진다.
• 원자 반지름: 원자 반지름이 작을수록 핵과 새로 들어오는 전자 사이의 거리가 가까워져 인력이 강해지므로 전자 친화도가 커진다.
• 전자 가리움 효과: 안쪽 전자 껍질에 의한 가리움 효과가 클수록 유효 핵전하가 감소하여 전자 친화도가 작아진다.
• 전자 배치: 안정적인 전자 배치(예: 옥텟 규칙 만족, 반쯤 또는 완전히 채워진 부껍질)에 도달하거나 이를 깨뜨리는 과정은 전자 친화도에 큰 영향을 미친다.

전자 친화도는 원자의 이온 결합 형성 경향성 및 반응성을 이해하는 데 중요한 물리량 중 하나이다. 이온화 에너지(원자에서 전자를 떼어내는 데 필요한 에너지)와는 반대되는 개념이다.