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选修化学(下)第五章元素的特性与物质结构.PDF
選修化學(下)講義 編者:陳義忠 1
選修化學(下)
第五章 元素的特性與物質結構
5-1 元素的特性
1. 游離能的定義
(1) 將基態氣相的原子去最外層電子所需的能量,稱為游離能(ionization
energy) ,以IE 表示,單位為仟焦/莫耳(kJ/mol)或電子伏特(eV)。
(2) 從氣態的中性原子移出第一個電子所需的能量叫做第一游離能(first
ionization energy,IE ) ;
1
同理 ,依次移出第二個、第三個、…第n 個電子所需要的能量 ,分別為第
二游離能( IE 2 )、第三游離能( IE 3 )、…第n 游離能( IE n )。以Na 為例
(3) 金屬元素游離能較小,表示對電子的引力較弱,易失去電子而形成陽離
選修化學(下)講義 編者:陳義忠 2
子 ;非金屬元素的游離能較大 ,不易失去電子 ,與金屬元素結合時 ,反而
易得到電子而形成陰離子。因此游離能是決定元素的重要因素之一。
2. 游離的測量
(1) 在陰極射線管中裝入少量氣態元素 ,當兩極電壓逐漸提高到某一數值時電
流強度急速隨電壓之升高而增大(圖(b)之 A、B 處) ,這是因為中性原子最
外層的電子受陰極射線撞擊離開原子而飛到陽極 ,因此可測得電流強度的
增加。
(2) 從氣態的原子移出第一個電子所需要的能量( IE 1 )如上圖之 A 點,當放電
管中的電壓加至 5.1 伏特時,陰極射線管中的電流大增,測得 Na 原子的
IE 1 5.1eV 496kJ / mol 。中性原子移出第一個電子後再繼續提高電壓時可
達到移出第二個電子所需的最低能量( IE 2 )如上圖之 B 點。
3. 游離能比較
IE IE IE … IE … ,因為原子或離子失去
(1) 同一元素之游離能大小 : 1 2 3 n
電子後形成的陽離子之有效電荷漸大 ,原子核對電子的引力漸大 ,故游離
選修化學(下)講義 編者:陳義忠 3
漸增。
(2) 推測價電子數目 :當外層電子完全移去後 ,再移去更內層的電子時 ,游離
能的巨大變化可推知該元素之價電子數。IE 1 IE 2 … IE n−1 IE n …,有
n −1 B IE (800) IE (2430) IE (3659) IE (25020)
個價電子。如硼原子( ) : 1 2 3 4 ,
第四游離能突然變大,應為內層電子,故外層有 3 個電子。
(3) 單電子原子的游離能與核電荷的平方( Z 2 )約成正比,即 IE Z 2 ⋅IE H (氫的
游離能IE H ( 1312) )。例如He + :IE 22 ⋅1312 5247 。
4. 各元素第一游離能的比較
(1) 第一游離能與原子序的關係圖:
(2) 週期表右上方的元素IE 1 甚大,左下方的元素IE 1 甚小。其中最高為氦約
2500 kJ / mol ,銫最低為500 kJ / mol 。
選修化學(下)講義 編者:陳義忠 4
(3) 同族元素之IE 1 隨原子序之增加而漸減:Cs Rb K Na Li ;
At I Br Cl F ;外層價電子組態相同 ,但主量子數( n )增加 ,電子距核
較遠,所受引力較小,IE 較小。
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