电离能gydF4y2Ba
请注意gydF4y2Ba:这个维基目前正在建设中。gydF4y2Ba
电离能,曾经被称为电离势,是一个中性的气相原子在基态时为了除去最外层的价电子而必须吸收的能量;得到一个阳离子。它是一种衡量元素对其电子束缚程度的指标。电离能是用含有气相原子的放电管得到的。施加电流并不断增加,直到电压达到足以使气态原子射出电子的水平。电子被抛出的电压就是电离能。gydF4y2Ba
比较不同原子的电离能可以告诉我们某些键产生的原因,以及与这些键相关的能量。利用电离能,我们可以了解哪些化合物的共价键较弱,哪些化合物的离子键较强。gydF4y2Ba
氢原子gydF4y2Ba
让我们考虑氢。氢的第一电离能,即去掉第一个电子所需的能量,可以这样表示:gydF4y2Ba
1913年,尼尔斯·玻尔提出了一个模型来解释里德伯格在实验中观察到的这一现象。在玻尔的模型中,电子沿着一个量子化的、围绕原子核的圆形路径运动,其中角动量受限于的整数倍gydF4y2Ba 这导致了正确的预测,电子轨道的能量由以下给出:gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 两个轨道之间的能量变化由gydF4y2Ba
这个一般表达式与实验确定的Rydberg方程是等价的gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba 普朗克常数,gydF4y2Ba 是光速,gydF4y2Ba 是辐射的波长。gydF4y2Ba
当一个轨道上的电子从原子中被抛射出来形成一个离子时,这个抛射可以带走不同数量的能量。你可以把这种所谓的电离能想象成从原子中移走一个电子有多困难,或者一个原子抓住一个电子有多紧。如果电离能高,就意味着gydF4y2Ba
- 电子很难除去gydF4y2Ba
- 对原子核有很强的吸引力gydF4y2Ba
- 电子被紧紧地束缚着gydF4y2Ba
- 释放电子需要更多的能量。gydF4y2Ba
当电离能较低时,电子被束缚得很松散,因此需要更少的能量来排出电子。gydF4y2Ba
玻尔的模型提供了我们目前对电子行为的许多见解,尽管它只被发现对氢原子和其他只涉及单个电子的物体(如离子)是正确的gydF4y2Ba 等。后来利用量子力学的发展提供了一个更完整的原子图。gydF4y2Ba
共价键和离子键的预测gydF4y2Ba
电离能的趋势gydF4y2Ba
除了能差之外,我们还可以通过观察元素周期表中的属性来快速预测键的类型和强度。当你沿着元素周期表从左到右的周期排列时,每个元素的原子核中都多了一个质子,正电荷也随之增加。在相同的周期之后,每一种元素都有额外的电子,这些电子位于相同的电子壳层中,电子对原子核的吸引力就会增加。随着带正电的原子核将电子壳层拉近,原子半径减小。gydF4y2Ba
当你沿着基团往下,原子半径增大。当电子壳层被填满时,外层价电子越来越多地受到来自较低壳层电子的斥力的屏蔽。因此,它们与原子的结合更加松散,半径也随之增大。离原子核越远的电子越容易排出。换句话说,从最外层电子层(或轨道)移除一个电子所需的能量更少。原子半径和电离能因此是负相关的,所以第一电离能随着基团数的增加而增加(在元素周期表中从左到右)。gydF4y2Ba
从大的物体中排出电子会更容易gydF4y2Ba (钙)原子的电子束缚较松散gydF4y2Ba (氯)原子,它的电子将被紧紧束缚。gydF4y2Ba
由于完全电子构型和半填充电子构型,在第2和15组中有一些例外;半填充构型比完全构型需要的能量要少。gydF4y2Ba
元素周期表中另一个明显的趋势是,元素周期表中相邻的元素(它们的电离能通常也很接近)形成共价键;碳氧形式gydF4y2Ba 为例。你可以相信这样的概念元素周期表上的两个元素越近,它们之间的化学键就越弱。gydF4y2Ba
高阶的电离能gydF4y2Ba
第一电离能,即与第一个电子的去除有关的能量,是最常用的。与第二个电子的去除有关的能量称为第二电离能,依此类推。原子中有多少电子,就能产生多少电离能。为说明这一点,元素X的前四个电离能如下:gydF4y2Ba
请注意,当第一个电子被排出时,原子上的总电荷就变成了正电荷。因此,对核心电子的屏蔽减少,使剩余的电子感受到更强的有效场,并比在中性原子中更容易被新的正离子吸引。逐次电离能高于前一次电离能;每一个连续的电子需要更多的能量才能被释放出来。当每个电子被排出时,离子的正电荷增加,使得电子越来越难以排出。gydF4y2Ba
电子亲和能gydF4y2Ba
与电离能对应的是电子亲和能;当一个中性的气相原子获得一个电子从而形成一个负离子时所释放出的能量。以氟为例。氟的第一电子亲和能,即获得第一个额外电子时释放的能量,可以这样表示:gydF4y2Ba
电离能与阳离子的形成有关,而电子亲和力则相反。电子亲和力与阴离子有关,它告诉我们元素成为电子受体(氧化剂)的可能性有多大。电子亲和能传递电子和原子核之间的吸引力。更强的吸引力表明在获得一个新电子时将释放更多的能量。gydF4y2Ba
一般来说,第一电子亲和力随着基团的增大而增大,这意味着阴离子形成时释放出更多的能量。电子亲和性随着原子半径的减小而增加电子发现自己更接近原子核的吸引力。氟是一个例外,因为尽管它的体积很小,由于电子拥挤存在斥力。斥力降低了电子和原子核之间的吸引力,从而降低了电子的亲和能。gydF4y2Ba
电子亲和力是从生成热测量和离子化合物晶格能中发现的,使它们难以获得。因此,只有少数是直接知道的,主要是卤素。电子亲和度的使用通常仅限于16和17族的元素、硫元素(氧族)和卤素。gydF4y2Ba