Введение
Энергия, выделяемая при образовании анионов
Электронное сродство (Eea) атома или молекулы определяется как количество энергии, выделяемое при присоединении электрона к нейтральному атому или молекуле в газообразном состоянии с образованием аниона. X(г) + e− → X−(г) + энергия
Это отличается знаком от изменения энергии при ионизации с захватом электрона. Другие теоретические понятия, использующие электронное сродство, включают электронный химический потенциал и химическую прочность. Например, молекулу или атом, имеющий более высокое значение электронного сродства, чем другой, часто называют электронным акцептором, а атом или молекулу с меньшим значением – электронным донором. Вместе они могут вступать в реакции переноса заряда.
The electron affinity (Eea) of an atom or molecule is defined as the amount of energy released when an electron attaches to a neutral atom or molecule in the gaseous state to form an anion. X(g) + e− → X−(g) + energy
This differs by sign from the energy change of electron capture ionization. Other theoretical concepts that use electron affinity include electronic chemical potential and chemical hardness. Another example, a molecule or atom that has a more positive value of electron affinity than another is often called an electron acceptor and the less positive an electron donor. Together they may undergo charge transfer reactions.
Молекулярные электронные сродства
Электронное сродство молекул является сложной функцией их электронной структуры. Например, электронное сродство бензола отрицательно, как и у нафталина, в то время как у антрацена, феноантрена и пирена оно положительно. Расчетные эксперименты показывают, что электронное сродство гексацианобензола превосходит электронное сродство фуллерена.
"Электронная аффинитет", как определено в физике твердого тела
В области физики твердого тела электронная аффинность определяется иначе, чем в химии и атомной физике. Для вакуумного интерфейса полупроводника (то есть поверхности полупроводника) электронная аффинность, обычно обозначаемая ЭЭА или χ, определяется как энергия, высвобождаемая при переходе электрона из вакуума непосредственно за пределами полупроводника в нижнюю часть зоны проводимости внутри полупроводника. В собственном полупроводнике при абсолютном нуле эта концепция функционально аналогична химическому определению электронной аффинности, поскольку добавленный электрон спонтанно перейдет в нижнюю часть зоны проводимости. При ненулевой температуре и для других материалов (металлов, полуметаллов, сильно легированных полупроводников) эта аналогия не соблюдается, поскольку добавленный электрон в среднем перейдет на уровень Ферми. В любом случае, значение электронной аффинности твердого вещества значительно отличается от значения электронной аффинности для атома того же вещества в газовой фазе, используемого в химии и атомной физике. Например, поверхность кристалла кремния имеет электронную аффинность 4,05 эВ, в то время как изолированный атом кремния имеет электронную аффинность 1,39 эВ. Электронная аффинность поверхности тесно связана с, но отличается от, ее работой выхода. Работа выхода – это термодинамическая работа, которую можно получить при обратимом и изотермическом удалении электрона из материала в вакуум; этот термодинамический электрон в среднем переходит на уровень Ферми, а не к краю зоны проводимости. В то время как работа выхода полупроводника может изменяться при легировании, электронная аффинность в идеале не меняется при легировании и поэтому ближе к материальной константе. Однако, как и работа выхода, электронная аффинность зависит от состояния поверхности (грань кристалла, поверхностная химия и т.д.) и является строго поверхностным свойством. В физике полупроводников основное применение электронной аффинности заключается не в анализе полупроводниково-вакуумных поверхностей, а скорее в эвристических правилах для оценки изгиба зон, возникающего на границе двух материалов, в частности металл-полупроводниковых контактов и полупроводниковых гетеропереходов. В определенных случаях электронная аффинность может стать отрицательной. Часто отрицательная электронная аффинность желательна для получения эффективных катодов, способных поставлять электроны в вакуум с минимальными потерями энергии. Наблюдаемый выход электронов в зависимости от различных параметров, таких как напряжение смещения или условия освещения, можно использовать для описания этих структур с помощью диаграмм зон, в которых электронная аффинность является одним из параметров. Для иллюстрации очевидного влияния состояния поверхности на эмиссию электронов см. рисунок 3 в описании эффекта Марчивки.
In an intrinsic semiconductor at absolute zero, this concept is functionally analogous to the chemistry definition of electron affinity, since an added electron will spontaneously go to the bottom of the conduction band. At nonzero temperature, and for other materials (metals, semimetals, heavily doped semiconductors), the analogy does not hold since an added electron will instead go to the Fermi level on average. In any case, the value of the electron affinity of a solid substance is very different from the chemistry and atomic physics electron affinity value for an atom of the same substance in gas phase. For example, a silicon crystal surface has electron affinity 4.05 eV, whereas an isolated silicon atom has electron affinity 1.39 eV. The electron affinity of a surface is closely related to, but distinct from, its work function. The work function is the thermodynamic work that can be obtained by reversibly and isothermally removing an electron from the material to vacuum; this thermodynamic electron goes to the Fermi level on average, not the conduction band edge: While the work function of a semiconductor can be changed by doping, the electron affinity ideally does not change with doping and so it is closer to being a material constant. However, like work function the electron affinity does depend on the surface termination (crystal face, surface chemistry, etc.) and is strictly a surface property. In semiconductor physics, the primary use of the electron affinity is not actually in the analysis of semiconductor–vacuum surfaces, but rather in heuristic electron affinity rules for estimating the band bending that occurs at the interface of two materials, in particular metal–semiconductor junctions and semiconductor heterojunctions. In certain circumstances, the electron affinity may become negative. Often negative electron affinity is desired to obtain efficient cathodes that can supply electrons to the vacuum with little energy loss. The observed electron yield as a function of various parameters such as bias voltage or illumination conditions can be used to describe these structures with band diagrams in which the electron affinity is one parameter. For one illustration of the apparent effect of surface termination on electron emission, see Figure 3 in Marchywka Effect.