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8.4: 电离能
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Ionization Energy
 
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8.4: 电离能

从处于基态的气态原子中除去最松散结合的电子所需的能量称为其第一电离能( IE 1 )。元素的第一电离能X是形成具有1+电荷的阳离子所需的能量:

“

除去第二个最松散结合的电子所需的能量称为第二电离能( IE 2 )。

“

去除第三电子所需的能量是第三电离能,依此类推。始终需要能量才能从原子或离子中除去电子,因此电离过程是吸热的, IE 值始终为正。对于较大的原子,结合最松散的电子位于离原子核较远的位置,因此更易于除去。因此,随着尺寸(原子半径)的增加,电离能应减小。

在一段时间内, IE 1 通常随 Z 的增加而增加。在一组中, IE 1 值通常随着 Z 的增加而减小。但是,这种趋势存在一些系统性的偏差。请注意,即使硼的核电荷多一个质子,硼的电离能(原子序数5)也比铍的电离能(原子序数4)小。可以解释这是因为由于渗透和屏蔽作用,子壳的能量随 l 的增加而增加。在任何一个壳层中, s 电子的能量都低于 p 电子。这意味着 s 电子比同一壳中的 p 电子更难从原子中去除。铍离子化过程中去除的电子([He] 2 s 2 )是 s 电子,而铍离子化过程中去除的电子硼([He] 2 s 2 2 p 1 )是 p 电子;即使硼的核电荷比一个质子大,这也会降低硼的第一电离能。因此,每次新的子弹开始时,我们都会发现与预测趋势的偏差很小。

随着轨道的填充量超过一半,会发生另一个偏差。尽管一段时间内 IE 1 值都有增加的趋势,但氧的第一电离能略小于氮的电离能。对于氧来说,除去一个电子将消除由2 p 轨道中的电子配对引起的电子-电子排斥,并将导致半填充轨道(在能量上有利)。在随后的时期中发生类似的变化。 < p>从阳离子上除去电子比从中性原子上除去电子更困难,因为对阳离子的静电吸引更大。同样,从具有较高正电荷的阳离子中除去电子比从具有较低电荷的离子中除去电子更困难。因此,一个元素的连续电离能总是增加。如表1所示,每种元素的电离能都有很大的提高。该跃迁对应于核心电子的去除,该核心电子比价电子更难去除。例如,Sc和Ga都具有三个价电子,因此在第三次电离后电离能迅速增加。

表1:选定元素的连续电离能(kJ / mol)

元素 IE1 IE2 IE3 IE4 IE5 IE6 IE7
K 418.8 3051.8 4419.6 5876.9 7975.5 9590.6 11343
Ca 589.8 1145.4 4912.4 6490.6 8153.0 10495.7 12272.9
Sc 633.1 1235.0 2388.7 7090.6 8842.9 10679.0 13315.0
Ga 578.8 1979.4 2964.6 6180 8298.7 10873.9 13594.8
Ge 762.2 1537.5 3302.1 4410.6 9021.4 Not available Not available
As 944.5 1793.6 2735.5 4836.8 6042.9 12311.5 Not available

此文本改编自 OpenStax 化学2e,第6.5节:元素属性的周期性变化。

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