なぜ2族や18族の電子親和力は負の値になるのか？

化学における「電子親和力」とは、原子が電子を受け取る際に放出するエネルギーのことです。特に、2族や18族の元素で見られる電子親和力が負になる理由について、さまざまな意見や説明がなされてきました。この記事では、その理由と、質問者が考えた内容を解説します。

電子親和力の基本的な考え方

電子親和力とは、原子が1つの電子を受け入れるときに放出するエネルギーです。一般的に、多くの元素では、電子が最外殻に追加されることで安定するため、親和力は正の値を持ちます。しかし、2族や18族元素においては、電子親和力が負の値になることがあります。これはどういうことなのでしょうか？

閉殻構造と半閉殻構造の影響

2族や18族の元素は、最外殻が満たされている（またはほぼ満たされている）状態です。この「閉殻構造」や「半閉殻構造」は非常に安定しており、そこに電子が追加されると、元々の安定した状態が崩れることになります。このため、電子親和力は負の値を示し、電子が追加されることに対してエネルギーが放出されないどころか、逆にエネルギーが吸収されることになります。

スレーター則と有効核電荷

スレーター則とは、原子内の電子が他の電子による遮蔽効果を受ける度合いを考慮して、原子核からの引力を計算する方法です。スレーター則を考慮すると、有効核電荷は必ず正の値となりますが、2族や18族の元素では、最外殻電子との間に反発力が生じるため、この引力だけでは電子が安定して引き寄せられるわけではありません。この反発力が、電子親和力を負にする要因となります。

結論と考察

質問者が考えたように、有効核電荷が正であるからと言って、必ずしも電子が安定するわけではありません。2族や18族の元素では、最外殻が安定しているため、そこに新たな電子が加わると反発力が増し、結果として電子親和力が負の値となるのです。この理解をもとに、化学反応や元素の性質をより深く学ぶことができます。

まとめ

2族や18族元素の電子親和力が負である理由は、最外殻の安定性と電子同士の反発力に関係しています。スレーター則をはじめとする原子の構造や電子の動きについて理解を深めることで、より多くの化学現象を説明できるようになります。