La electrodesionización es una tecnología de tratamiento de agua que utiliza electricidad, membranas de intercambio iónico y resina para desionizar el agua y separar los iones disueltos (impurezas) del agua. Se diferencia de otras tecnologías de purificación de agua en que se realiza sin el uso de tratamientos químicos y generalmente es un tratamiento de pulido para revertir la ósmosis (RO). También hay unidades EDI que a menudo se denominan electrodesionización continua ( CEDI).) ya que la corriente eléctrica regenera la masa de resina continuamente. La técnica CEDI puede alcanzar una pureza muy alta, con una conductividad por debajo de 0.1 µS / cm. Recientemente, el Laboratorio Nacional de Argonne desarrolló un proceso llamado electrodesionización de resina-oblea (RW-EDI), que utiliza un molde único de resina porosa hecho de perlas de resina de intercambio iónico sueltas inmovilizadas. El material de la oblea de resina mejora la transferencia de masa entre (perla de resina) sólido y líquido (solución de alimentación) fases para lograr una alta pureza, especialmente en el tratamiento de deterioro o [1] agua salobre.
Aplicaciones [ editar ]
Cuando se alimenta con una alimentación de TDS baja (p. Ej., Una alimentación purificada por RO), el producto puede alcanzar niveles de pureza muy elevados (p. Ej., 18 Megohms / cm [2] ). Las resinas de intercambio iónico actúan para retener los iones, lo que permite su transporte a través de las membranas de intercambio iónico. Las principales aplicaciones de la tecnología EDI, como la suministrada por Ionpure, E-cell y SnowPure, son en electrónica, productos farmacéuticos y generación de energía.
Un aspecto importante en la aplicación de tratamiento de agua es que algunos tipos de EDI deben tener agua de alimentación libre de CO2, así como otros gases disueltos, ya que estos ponen una presión innecesaria en la unidad EDI y reducirán el rendimiento.
Teoría [ editar ]
Un electrodo en una celda electroquímica se conoce como ánodo o cátodo , términos que fueron acuñados por Michael Faraday . El ánodo se define como el electrodo en el que los electrones salen de la celda y se produce la oxidación , y el cátodo como el electrodo en el que los electrones entran en la celda y se produce la reducción . Cada electrodo puede convertirse en el ánodo o el cátodo, dependiendo del voltaje aplicado a la celda. Un electrodo bipolar es un electrodo que funciona como el ánodo de una célula y el cátodo de otra célula.
Cada celda consta de un electrodo y un electrolito con iones que sufren oxidación o reducción. Un electrolito es una sustancia que contiene iones libres que se comporta como un medio eléctricamente conductor. Debido a que generalmente consisten en iones en solución, los electrolitos también se conocen como soluciones iónicas, pero también son posibles los electrolitos fundidos y los electrolitos sólidos. A veces se les denomina en términos dejerga abreviada como litos .
El agua pasa entre un ánodo (electrodo positivo) y un cátodo (electrodo negativo). Las membranas selectivas de iones permiten que los iones positivos se separen del agua hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el electrodo positivo. Resultados de agua desionizada de alta pureza.
Resina-agua Electrodesionización [ editar ]
RW-EDI es un proceso que apunta a la desalinización de agua dañada o agua con niveles de sal de 1,000 a 10,000 ppm. El proceso RW-EDI utiliza una oblea porosa de resina de intercambio iónico con un área de superficie de sección transversal de 195 cm2. El agua se alimenta a través de la oblea, mientras que se aplica una corriente eléctrica para la configuración. Entre los compartimientos de la oblea de resina, hay compartimentos de concentrado, donde la salmuera sale del sistema. Un ánodo se configura en el lado izquierdo de la configuración y un cátodo se configura en el lado derecho de la configuración. La corriente eléctrica (suministrada desde varias fuentes de energía) carga los iones que forman los contaminantes. Los iones cargados positivamente fluyen hacia el cátodo y se enjuagan en la corriente de concentrado, y los iones cargados negativamente fluyen hacia el ánodo y se enjuagan en otra corriente de concentrado. El agua purificada sale por el lado opuesto del compartimiento. La tecnología de resina de obleas aumenta significativamente la eficiencia energética del proceso de desalinización, especialmente cuando se analiza el agua dañada. Los procesos de RO tienen una eficiencia energética del 4%, mientras que RW-EDI tiene una eficiencia energética que varía entre el 35 y el 65%. El laboratorio nacional de Argonne estima que se pueden ahorrar 402.83 GWh de energía al día, si se implementa esta tecnología para el procesamiento de aguas residuales de plantas industriales.
Un electrolito es una sustancia que produce una solución eléctricamente conductora cuando se disuelve en un disolvente polar , como el agua. El electrolito disuelto se separa en cationes y aniones , que se dispersan uniformemente a través del solvente. Eléctricamente, tal solución es neutral. Si se aplica un potencial eléctrico a tal solución, los cationes de la solución son atraídos al electrodo que tiene una gran cantidad de electrones, mientras que los aniones son atraídos al electrodo que tiene un déficit de electrones. El movimiento de aniones y cationes en direcciones opuestas dentro de la solución equivale a una corriente. Esto incluye la mayoría de las sales solubles , ácidos, y bases . Algunos gases, como el cloruro de hidrógeno , bajo condiciones de alta temperatura o baja presión también pueden funcionar como electrolitos. Las soluciones de electrolitos también pueden resultar de la disolución de algunos polímeros biológicos (p. Ej., ADN , polipéptidos ) y sintéticos (p. Ej., Sulfonato de poliestireno ), denominados " polielectrolitos ", que contienen grupos funcionales cargados . Una sustancia que se disocia en iones en solución adquiere la capacidad de conducir electricidad. Sodio , potasio , cloruro , calcio , magnesio, y el fosfato son ejemplos de electrolitos.
En medicina, el reemplazo de electrolitos es necesario cuando una persona tiene vómitos o diarrea prolongados, y como respuesta a una actividad atlética vigorosa. Hay soluciones comerciales de electrolitos disponibles, particularmente para niños enfermos (como soluciones de rehidratación oral , Suero Oral o Pedialyte ) y atletas ( bebidas deportivas ). El control de electrolitos es importante en el tratamiento de la anorexia y la bulimia .
Historia [ editar ]
Svante Arrhenius expuso, en su disertación de 1884, su explicación del hecho de que las sales cristalinas sólidas se disocian en partículas cargadas par cuando se disuelven, por lo que ganó el Premio Nobel de Química de 1903. [1] [2] [3] [4]
La explicación de Arrhenius fue que al formar una solución, la sal se disocia en partículas cargadas, a las que Michael Faraday le había dado el nombre de " iones " muchos años antes. La creencia de Faraday había sido que los iones se producían en el proceso de electrólisis . Arrhenius propuso que, incluso en ausencia de una corriente eléctrica, las soluciones de sales contenían iones. Así, propuso que las reacciones químicas en solución eran reacciones entre iones. [2] [3] [4]
Formación [ editar ]
Las soluciones de electrolitos se forman normalmente cuando una sal se coloca en un solvente como el agua y los componentes individuales se disocian debido a las interacciones termodinámicas entre las moléculas de solvente y soluto, en un proceso llamado " solvatación ". Por ejemplo, cuando la sal de mesa ( cloruro de sodio ), NaCl, se coloca en agua, la sal (un sólido) se disuelve en sus iones componentes, de acuerdo con la reacción de disociación.
- NaCl (s) → Na + (aq) + Cl - (aq)
También es posible que las sustancias reaccionen con el agua, produciendo iones. Por ejemplo, el gas de dióxido de carbono se disuelve en agua para producir una solución que contiene iones de hidronio , carbonato e hidrogenocarbonato .
Las sales fundidas también pueden ser electrolitos como, por ejemplo, cuando el cloruro de sodio se funde, el líquido conduce la electricidad. En particular, los líquidos iónicos, que son sales fundidas con puntos de fusión por debajo de 100 ° C, [5] son un tipo de electrolitos no acuosos altamente conductores y, por lo tanto, han encontrado más y más aplicaciones en pilas de combustible y baterías. [6]
Un electrolito en una solución puede ser descrito como "concentrado" si tiene una alta concentración de iones, o "diluido" si tiene una baja concentración. Si una alta proporción del soluto se disocia para formar iones libres, el electrolito es fuerte; Si la mayor parte del soluto no se disocia, el electrolito es débil. Las propiedades de los electrolitos pueden explotarse utilizando la electrólisis para extraer elementos constituyentes y compuestos contenidos en la solución.
Los metales alcalinotérreos forman hidróxidos que son electrolitos fuertes con solubilidad limitada en agua, debido a la fuerte atracción entre sus iones constituyentes. Esto limita su aplicación a situaciones en las que no se requiere alta solubilidad. [7]
Importancia fisiológica [ editar ]
En fisiología , los iones primarios de los electrolitos son sodio (Na + ), potasio (K + ), calcio (Ca 2+ ), magnesio(Mg 2+ ), cloruro (Cl - ), fosfato de hidrógeno (HPO 4 2− ), y carbonato de hidrógeno (HCO 3 - ). Los símbolos de carga eléctrica de más (+) y menos (-) indican que la sustancia es de naturaleza iónica y tiene una distribución desequilibrada de electrones, el resultado de la disociación química. El sodio es el electrolito principal que se encuentra en el líquido extracelular y el potasio es el electrolito intracelular principal; [8] ambos están involucrados en el control de la presión arterial y el equilibrio de líquidos. [9]
Todas las formas de vida superiores conocidas requieren un equilibrio electrolítico sutil y complejo entre los entornos intracelular y extracelular . En particular, el mantenimiento de gradientes osmóticos precisos de electrolitos es importante. Tales gradientes afectan y regulan la hidratación del cuerpo y el pH de la sangre , y son fundamentales para la función nerviosa y muscular . Existen varios mecanismos en las especies vivas que mantienen las concentraciones de diferentes electrolitos bajo estricto control.
Tanto el tejido muscular como las neuronas se consideran tejidos eléctricos del cuerpo. Los músculos y las neuronas se activan por la actividad de los electrolitos entre el líquido extracelular o el líquido intersticial y el líquido intracelular . Los electrolitos pueden entrar o salir de la membrana celular a través de estructuras de proteínas especializadas incrustadas en la membrana plasmática llamadas " canales iónicos ". Por ejemplo, la contracción muscular depende de la presencia de calcio (Ca 2+ ), sodio (Na + ) y potasio (K + ). Sin niveles suficientes de estos electrolitos clave, puede ocurrir debilidad muscular o contracciones musculares severas.
El equilibrio de electrolitos se mantiene por vía oral, o en emergencias, ingesta intravenosa (IV) de sustancias que contienen electrolitos, y está regulada por hormonas , en general, con los riñones expulsando los niveles excesivos. En los seres humanos, la homeostasis electrolítica está regulada por hormonas como las hormonas antidiuréticas , la aldosterona y las hormonas paratiroides . Los trastornos electrolíticos graves , como la deshidratación y la sobrehidratación , pueden causar complicaciones cardíacas y neurológicas y, a menos que se resuelvan rápidamente, darán lugar a una emergencia médica .
Medición [ editar ]
La medición de electrolitos es un procedimiento de diagnóstico que se realiza con frecuencia, realizado mediante análisis de sangre con electrodos selectivos de iones o análisis de orina por tecnólogos médicos . La interpretación de estos valores no tiene ningún significado sin el análisis de la historia clínica y, a menudo, es imposible sin mediciones paralelas de la función renal . Los electrolitos medidos con mayor frecuencia son sodio y potasio. Los niveles de cloruro rara vez se miden, excepto las interpretaciones de gases en sangre arterial , ya que están inherentemente vinculados a los niveles de sodio. Una prueba importante realizada en orina es la gravedad específica.Prueba para determinar la ocurrencia de un desequilibrio electrolítico .
Rehidratación [ editar ]
En la terapia de rehidratación oral , las bebidas con electrolitos que contienen sales de sodio y potasio reponen las concentraciones de agua y electrolitos del cuerpo después de la deshidratación causada por el ejercicio , el consumo excesivo de alcohol , la diaforesis (sudoración intensa), la diarrea, los vómitos, la intoxicación o la inanición. Los atletas que hacen ejercicio en condiciones extremas (durante tres o más horas seguidas, por ejemplo, una maratón o triatlón ) que no consumen electrolitos corren el riesgo de deshidratación (o hiponatremia). [10]
Una bebida electrolítica casera se puede hacer usando agua, azúcar y sal en proporciones precisas . [11] Las preparaciones comerciales también están disponibles [12] para uso humano y veterinario.
Los electrolitos se encuentran comúnmente en los jugos de frutas , las bebidas deportivas, la leche, las nueces y muchas frutas y verduras (en forma integral o en forma de jugo) (p. Ej., Papas, aguacates).
Electroquímica [ editar ]
Cuando los electrodos se colocan en un electrolito y se aplica un voltaje , el electrolito conducirá la electricidad. Los electrones solitarios normalmente no pueden pasar a través del electrolito; en cambio, ocurre una reacción química en el cátodo , que proporciona electrones al electrolito. Otra reacción ocurre en el ánodo , consumiendo electrones del electrolito. Como resultado, una nube de carga negativa se desarrolla en el electrolito alrededor del cátodo, y se desarrolla una carga positiva alrededor del ánodo. Los iones en el electrolito neutralizan estas cargas, permitiendo que los electrones sigan fluyendo y las reacciones continúen.
Por ejemplo, en una solución de sal de mesa común (cloruro de sodio, NaCl) en agua, la reacción del cátodo será
- 2H 2 O + 2e - → 2OH - + H 2
- 2NaCl → 2 Na + + Cl 2 + 2e -
y el gas de cloro será liberado. El sodio cargado positivamente iones Na + reaccionará hacia el cátodo, neutralizando la carga negativa de OH - allí, y los iones de hidróxido con carga negativa OH - reaccionará hacia el ánodo, neutralizando la carga positiva de Na + allí. Sin los iones del electrolito, las cargas alrededor del electrodo reducirían la velocidad del flujo continuo de electrones; Difusión de H + y OH -a través del agua, el otro electrodo lleva más tiempo que el movimiento de los iones de sal mucho más prevalentes. Los electrolitos se disocian en el agua porque las moléculas de agua son dipolos y los dipolos se orientan de una manera energéticamente favorable para solvatar los iones.
En otros sistemas, las reacciones de los electrodos pueden involucrar tanto los metales de los electrodos como los iones del electrolito.
Los conductores electrolíticos se utilizan en dispositivos electrónicos donde la reacción química en una interfaz de electrólito de metal produce efectos útiles.
- En baterías , dos materiales con diferentes afinidades electrónicas se utilizan como electrodos; Los electrones fluyen de un electrodo al otro fuera de la batería, mientras que dentro de la batería el circuito está cerrado por los iones del electrolito. Aquí, las reacciones de los electrodos convierten la energía química en energía eléctrica. [13]
- En algunas celdas de combustible , un electrolito sólido o un conductor de protones conecta las placas eléctricamente mientras mantiene separados los gases combustibles de hidrógeno y oxígeno. [14]
- En los tanques de galvanoplastia , el electrolito deposita simultáneamente metal sobre el objeto a ser plateado, y lo conecta eléctricamente en el circuito.
- En los indicadores de horas de funcionamiento, dos delgadas columnas de mercurio están separadas por un pequeño espacio lleno de electrolitos y, a medida que la carga pasa a través del dispositivo, el metal se disuelve en un lado y las placas salen del otro, lo que hace que el espacio visible se desplace lentamente. superar.
- En los condensadores electrolíticos, el efecto químico se utiliza para producir un revestimiento dieléctrico o aislante extremadamente delgado , mientras que la capa de electrolito se comporta como una placa de condensadores.
- En algunos higrómetros, la humedad del aire se detecta al medir la conductividad de un electrolito casi seco.
- El vidrio caliente y ablandado es un conductor electrolítico, y algunos fabricantes de vidrio mantienen el vidrio fundido al pasar una gran corriente a través de él.
Electrólitos sólidos [ editar ]
Los electrolitos sólidos se pueden dividir principalmente en cuatro grupos:
- Electrólitos en gel: se parecen mucho a los electrolitos líquidos. En esencia, son líquidos en un marco de celosía flexible . Con frecuencia se aplican diversos aditivos para aumentar la conductividad de tales sistemas. [13] [15]
- Electrólitos de polímero seco: difieren de los electrolitos líquidos y de gel en el sentido de que la sal se disuelve directamente en el medio sólido. Por lo general, es un polímero de constante dieléctricarelativamente alta ( PEO , PMMA , PAN , polifosfazenos , siloxanos , etc.) y una sal con baja energía de red . Con el fin de aumentar la resistencia mecánica y la conductividad de tales electrolitos, muy a menudo se utilizan compuestos y se introduce una fase cerámica inerte. Hay dos clases principales de tales electrolitos: polímero en cerámica y cerámica en polímero. [16] [17] [18]
- Electrólitos de cerámica sólida: los iones migran a través de la fase cerámica mediante vacantes o intersticiales dentro de la red . También hay electrolitos vitrocerámicos.
- Cristales plásticos iónicos orgánicos: son un tipo de sales orgánicas que exhiben mesofases (es decir, un estado de materia intermedia entre líquido y sólido), en el que los iones móviles se desordenan de manera orientativa o rotacional, mientras que sus centros están ubicados en los sitios ordenados en la estructura cristalina. [14] Tienen varias formas de desorden debido a una o más transiciones de fase sólido-sólido por debajo del punto de fusión y, por lo tanto, tienen propiedades plásticas y buena flexibilidad mecánica, así como un contacto interfacial electrodo / electrolito mejorado. En particular, los cristales de plástico iónicos orgánicos próticos (POIPCs), [14] que son próticos sólidosLas sales orgánicas formadas por transferencia de protones de un ácido de Brønsted a una base de Brønsted y en esencia son líquidos iónicos próticos en estado fundido, se ha encontrado que son conductores de protones de estado sólido prometedores para las celdas de combustible . Los ejemplos incluyen perfluorobutanosulfonato de 1,2,4-triazolio [14] y metanosulfonato de imidazolio .
En química y física atómica , la afinidad electrónica ( E ea ) de un átomo o molécula se define como la cantidad de energía liberada o gastada cuando se agrega un electrón a un átomo neutro o molécula en estado gaseoso para formar un ion negativo. [1]
-
- X + e - → X - + energía
En la física del estado sólido , la afinidad electrónica por una superficie se define de manera algo diferente (ver más abajo).
Medición y utilización de afinidad electrónica [ editar ]
Esta propiedad se mide para átomos y moléculas solo en estado gaseoso, ya que en un estado sólido o líquido sus niveles de energía cambiarían por contacto con otros átomos o moléculas. Robert S. Mulliken utilizó una lista de las afinidades electrónicas para desarrollar una escala de electronegatividad para los átomos, igual a la media de la afinidad electrónica y el potencial de ionización . [2] [3] Otros conceptos teóricos que usan afinidad electrónica incluyen el potencial químico electrónico y la dureza química . Otro ejemplo, una molécula o átomo que tiene un valor de afinidad de electrones más positivo que otro se suele denominar aceptador de electrones.y cuanto menos positivo sea un donante de electrones . Juntos pueden sufrir reacciones de transferencia de carga.
Convención de signos [ editar ]
Para utilizar correctamente las afinidades electrónicas, es esencial mantener un registro de los signos. Para cualquier reacción que libere energía, el cambio Δ E en la energía total tiene un valor negativo y la reacción se denomina proceso exotérmico . La captura de electrones para casi todos los átomos de gases no nobles implica la liberación de energía [4] y, por lo tanto, es exotérmica. Los valores positivos que se enumeran en las tablas de E ea son cantidades o magnitudes. Es la palabra, lanzado dentro de la definición energía liberada que suministra el signo negativo a Δ E . La confusión surge en la confusión.E ea un cambio en la energía, Δ E , en cuyo caso los valores positivos listados en las tablas serían para un proceso endotérmico no exotérmico. La relación entre los dos es E ea = −Δ E (adjuntar).
Sin embargo, si el valor asignado a E ea es negativo, el signo negativo implica una inversión de dirección y se requiere energía para unir un electrón. En este caso, la captura de electrones es un proceso endotérmico y la relación, E ea = −Δ E (adjuntar) sigue siendo válida. Los valores negativos surgen típicamente para la captura de un segundo electrón, pero también para el átomo de nitrógeno.
La expresión usual para calcular E ea cuando se adjunta un electrón es
-
- E ea = ( E inicial - E final ) attach = −Δ E (attach)
Esta expresión sigue la convención Δ X = X (final) - X (inicial) ya que −Δ E = - ( E (final) - E (inicial)) = E (inicial) - E (final).
De manera equivalente, la afinidad de electrones también se puede definir como la cantidad de energía requeridapara separar un electrón del átomo mientras mantiene un único exceso de electrones, lo que convierte al átomo en un ion negativo , [1] es decir, el cambio de energía para el proceso
-
- X - → X + e -
Si se utiliza la misma tabla para las reacciones hacia adelante y hacia atrás, sin cambiar las señales , se debe tener cuidado de aplicar la definición correcta a la dirección correspondiente, el acoplamiento (liberación) o el desprendimiento (requerido). Dado que casi todos los desprendimientos (requieren +) una cantidad de energía listada en la tabla, esas reacciones de desprendimiento son endotérmicas, o Δ E (desprendimiento)> 0.
-
- E ea = ( E final - E inicial ) separar = Δ E (separar) = −Δ E (adjuntar) .
Afinidades electrónicas de los elementos [ editar ]
Aunque E ea varía mucho en la tabla periódica, surgen algunos patrones. En general, los no metales tienen un E ea más positivo que los metales . Los átomos cuyos aniones son más estables que los átomos neutros tienen un E ea mayor . El cloro atrae más fuertemente a los electrones extras; El mercurio atrae más débilmente un electrón extra. Las afinidades electrónicas de los gases nobles no se han medido de manera concluyente, por lo que pueden tener o no valores ligeramente negativos.
E ea generalmente aumenta a lo largo de un período (fila) en la tabla periódica antes de llegar al grupo 18. Esto se debe al llenado de la capa de valencia del átomo; un átomo del grupo 17 libera más energía que un átomo del grupo 1 al ganar un electrón porque obtiene una cáscara de valencia rellena y, por lo tanto, es más estable. En el grupo 18, la capa de valencia está llena, lo que significa que los electrones agregados son inestables y tienden a ser expulsados muy rápidamente.
Counterintuitively, E ea qué no disminuye al progresar las filas de la tabla periódica, como se puede ver claramente en el grupo 2 de datos. Por lo tanto, la afinidad electrónica sigue la misma tendencia "izquierda-derecha" como electronegatividad, pero no la tendencia "arriba-abajo".
| esconder | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Grupo → | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | dieciséis | 17 | 18 | |||||||||||||||||||
| ↓ período | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | H73 | Él(−50) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li60 | Ser(−50) | B27 | C122 | N−0.07 | O141 | F328 | Ne(−120) | |||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na53 | Mg(−40) | Al42 | Si134 | P72 | S200 | Cl349 | Ar(−96) | |||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | K48 | Ca2 | Sc18 | Ti8 | V51 | Cr65 | Mn(−50) | Fe15 | Co64 | Ni112 | Cu119 | Zn(−60) | Ga41 | Ge119 | Como78 | Se195 | Br325 | Kr(−60) | |||||||||||||||||||
| 5 | Rb47 | Sr5 | Y30 | Zr41 | Nb89 | Mo72 | Tc(53) | Ru(101) | Rh110 | Pd54 | Ag126 | Cd(−70) | En29 | Sn107 | Sb101 | Te190 | Yo295 | Xe(−80) | |||||||||||||||||||
| 6 | Cs46 | Ba14 |  | Hf(2) | Ta31 | W79 | Re(14) | Os(106) | Ir151 | Pt205 | Au223 | Hg(−50) | Tl36 | Pb34 | Bi91 | Po(183) | En(222) | Rn(−70) | |||||||||||||||||||
| 7 | Fr(47) | Ra(10) |  | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg(151) | Cn(<0 small=""> | Nh(67) | Fl(<0 small=""> | Mc(35) | Lv(75) | Ts(212) | Og(5) | |||||||||||||||||||
 | La45 | Ce63 | Pr93 | Nd(> 185) | Pm(12) | Sm(16) | Eu83 | Gd(13) | Tb(> 112) | Dy(> 34) | Ho(33) | Er(30) | Tm99 | Yb(−2) | Lu33 | ||||||||||||||||||||||
| 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) | Lr(−30) | ||||||||||||||||||||||
| Leyenda | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Las unidades son kJ / mol (redondeadas) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Para el equivalente en eV, consulte: Afinidad electrónica (página de datos) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Los paréntesis denotan predicciones. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
El color de fondo muestra la subcategoría en la tendencia metal-metaloide-no metal:
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Afinidades electrónicas moleculares [ editar ]
La afinidad electrónica de las moléculas es una función complicada de su estructura electrónica. Por ejemplo, la afinidad electrónica por el benceno es negativa, al igual que la naftalina , mientras que las de antraceno , fenantreno y pireno son positivas. Los experimentos realizados en silico muestran que la afinidad electrónica del hexacianobenceno supera la del fullereno . [5]
"Afinidad electrónica" como se define en la física del estado sólido [ editar ]
En el campo de la física del estado sólido , la afinidad electrónica se define de manera diferente a la química y la física atómica. Para una interfaz de semiconductor-vacío (es decir, la superficie de un semiconductor), la afinidad de electrones, típicamente indicada por E EAo χ , se define como la energía obtenida al mover un electrón desde el vacío justo fuera del semiconductor hasta la parte inferior del Banda de conducción justo dentro del semiconductor: [6]
En un semiconductor intrínseco en el cero absoluto , este concepto es funcionalmente análogo a la definición química de afinidad de electrones, ya que un electrón agregado irá espontáneamente a la parte inferior de la banda de conducción. A una temperatura distinta de cero, y para otros materiales (metales, semimetales, semiconductores fuertemente dopados), la analogía no se cumple, ya que un electrón agregado en cambio pasará al nivel de Fermi en promedio. En cualquier caso, el valor de la afinidad electrónica de una sustancia sólida es muy diferente del valor de afinidad electrónica de la química y la física atómica para un átomo de la misma sustancia en fase gaseosa. Por ejemplo, una superficie de cristal de silicio tiene una afinidad de electrones de 4,05 eV, mientras que un átomo de silicio aislado tiene una afinidad de electrones de 1,39 eV.
La afinidad electrónica de una superficie está estrechamente relacionada con, pero distinta de, su función de trabajo . La función de trabajo es el trabajo termodinámico que se puede obtener al mover de forma reversible, isotérmicamente, un electrón del vacío al material; este electrón termodinámico va al nivel de Fermi en promedio, no al borde de la banda de conducción:. Si bien la función de trabajo de un semiconductor puede cambiarse mediante el dopaje , la afinidad electrónica idealmente no cambia con el dopaje, por lo que está más cerca de ser una constante material. Sin embargo, como la función de trabajo, la afinidad electrónica depende de la terminación de la superficie (cara de cristal, química de la superficie, etc.) y es estrictamente una propiedad de la superficie.
En la física de semiconductores, el uso principal de la afinidad electrónica no es en realidad en el análisis de las superficies semiconductoras al vacío, sino en las reglas heurísticas de afinidad electrónica para estimar la flexión de banda que se produce en la interfaz de dos materiales, en particular las uniones metal-semiconductor y heterojunciones semiconductoras .
En ciertas circunstancias, la afinidad electrónica puede volverse negativa. [7] A menudo se desea una afinidad de electrones negativa para obtener cátodos eficientes que puedan suministrar electrones al vacío con poca pérdida de energía. El rendimiento de electrones observado en función de diversos parámetros, como el voltaje de polarización o las condiciones de iluminación, se puede utilizar para describir estas estructuras con diagramas de banda en los que la afinidad electrónica es un parámetro. Para una ilustración del efecto aparente de la terminación de superficie en la emisión de electrones, vea la Figura 3 en Efecto Marchywka .
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