元素第一电离能及其变化规律
1、概念:元素的第一电离能是指气态原子失去一个电子形成+1价气态阳离子所需的能量。符号:I1。注:原子为基态原子,保证失去电子时消耗能量最低。
2、元素第一电离能的意义:可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小,原子越容易失去一个电子;反之,越难失去一个电子。
3、元素第一电离能的周期性变化:
(1)同一周期内,随着原子序数的增加,元素第一电离能呈增大趋势。同一周期内,碱金属的第一电离能最小,稀有气体的第一电离能最大。
(2)同一主族,随着元素原子序数的递增(电子层数的增加)元素的第一电离能呈现减小趋势。
4、影响电离能的因素:主要取决于原子的核电荷数、原子半径以及原子的电子构型。
(1)一般说来,同一周期的元素具有相同的电子层数,从左到右核电荷数增大,原子的半径逐渐减少,核对外层电子的引力增大,因此,越靠右的元素,越不易失去电子,电离能也就越大。
(2)同一族元素电子层数不同,最外层电子数相同,原子半径增大起主要作用,因此,原子半径越大,核对电子引力越小,越易失去电子,电离能也就越小。
(3)元素的第一电离能与原子的核外电子排布的关系:通常情况下,当原子核外电子排布的能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半满(p3、d5、f7)和全满(p6、d10、f14)结构时,原子的能量较低,该元素具有较大的第一电离能。如:N、P、As等元素的第一电离能比左右邻居大,是因为它们都具有np3半充满轨道的缘故。
5、各级电离能的大小顺序:+1价气态阳离子失去1个电子,形成+2价气态离子所需要的最低能量称为该元素的第二电离能,用I2表示。+2价气态离子再失去1个电子,形成+3价气态离子所需要的最低能量称为该元素的第三电离能,用I3表示。依次有第四电离能等。同一元素原子的电离能满足:I1< I2< I3…逐渐增大。
6、电离能的应用:
(1)根据电离能数据,确定元素原子核外电子排布。如:Li:I1<<I2<I3,表明Li原子核外的三个电子排布在两个电子层上(K、L层),且最外层只有一个电子。
(2)根据电离能数据,确定元素在化合物中的化合价。如:钠和镁第一、二、三电离能
元素 | I1(kJ·mol-1) | I2(kJ·mol-1) | I3(kJ·mol-1) |
Na | 498 | 4562 | 6912 |
Mg | 738 | 1451 | 7733 |
从表中可以看出钠的第一电离能较小而第二电离能突跃地升高,表明钠易失去一个电子达到8电子稳定结构,形成+1价Na+,不易再失去第二个电子;而镁的第一、二电离能均较低,第三电离能突跃地升高,说明镁易失去2个电子,形成+2价Mg2+后达到8电子稳定结构,再失去第三个电子很困难。
(3)判断元素的金属性强弱。I1越大,元素的金属性越强;I1越小,元素的金属性越强。
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