11 Вопрос. Энергия ионизации. Сродство электрону. Электроотрицательность.

ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ

Энергия, необходимая для удаления одного моля электронов от одного моля атомов какого-либо элемента, называется первой энергией ионизации ΔН°1 данного элемента (точное определение величины ΔН° содержится в гл. 5). Энергия, необходимая для удаления одного моля электронов из одного моля однозарядных положительных ионов какого-либо элемента, называется его второй энергией ионизации. Например, первая и вторая энергии ионизации натрия определяются следующим образом:

Следует обратить внимание на то, что энергии ионизации относятся к атомам или ионам в газообразном состоянии. Отметим также, что энергия, необходимая для удаления второго электрона из атома натрия, почти в 10 раз превышает энергию, необходимую для удаления первого электрона. Для каждого элемента число энергий ионизации равно атомному номеру.

Экспериментальное определение энергий ионизации. Для экспериментального определения энергий ионизации можно воспользоваться атомными спектрами или методом электронного удара.

Атомные спектры. Как мы уже видели, предел сходимости для серии линий в атомном спектре соответствует ионизации атома. Частота излучения, отвечающая пределу сходимости, связана с энергией ионизации соотношением ΔE = hv.

Выше были описаны несколько серий линий в спектре атомарного водорода; каждая серия имеет свой предел сходимости. Какую из них следует выбрать для определения энергии ионизации? Напомним, что энергия ионизации необходима для возбуждения электрона из его основного состояния и полного удаления этого электрона из атома. По надписям на рис. 1.14 видно, что серия Лаймана соответствует возвращению возбужденного электрона в основное состояние. Именно эту серию и следует выбрать, чтобы по ее пределу сходимости определить энергию ионизации.

Метод электронного удара. В газоразрядную трубку вводят газообразный образец исследуемого элемента. Этот образец подвергают бомбардировке электронами, которые испускаются катодом разрядной трубки. Электроны предварительно разгоняют в электрическом поле, создаваемом между катодом и проволочной сеткой. Напряженность этого поля постепенно увеличивают до тех пор, пока не произойдет внезапное усиление тока, вызванное ионизацией образца. По разности потенциалов между катодом и сеткой, которая соответствует началу ионизации, можно вычислить энергию ионизации исследуемого элемента.

Сродство к электрону может служить мерой способности элемента проявлять неметаллические свойства. Чем больше эта энергия, тем элемент неметалличнее, и, наоборот, чем энергия меньше, тем элемент металличнее.  Часто для характеристики свойств элементов используют величину, которая называется электроотрицательностью.  Она: представляет собой арифметическую сумму величин энергии ионизации и энергии сродства к электрону    Константа является мерой неметалличности элементов. Чем она больше, тем сильнее элемент проявляет неметаллические свойства.  Следует учитывать, что все элементы по сути дела двойственны по природе. Деление элементов на металлы и неметаллы до известной степени условно, ибо в природе нет резких граней. С усилением у элемента металлических свойств происходит ослабление его неметаглических свойств и наоборот. Самый „металличный" из элементов — франций Fr — можно считать наименее неметалличным, самый „неметалличный" — фтор F — можно считать наименее металличным.  Суммируя значения вычисленных энергий — энергии ионизации и энергии сродства к электрону, — мы получим: для цезия величину   90 ккал/г-а., для лития  128 ккал\г-а., для фтора   = 510 ккал1г-а. (величину выражают и в кдж/г-а.). Это — абсолютные значения электроотрицательности. Для упрощения пользуются относительными значениями электроотрицательности, принимая электроотрицательность лития (128) за единицу. Тогда для фтора (F) получим:    Для цезия (Cs) относительная электроотрицательность будет равна    На графике изменения электроотрицательности элементов главных подгрупп  I—VII групп. сопоставлены электроотрицательности элементов главных подгрупп I—VII групп. Приведенные данные указывают на истинное положение водорода в 1-ом периоде; неодинаковое возрастание металличности элементов, сверху вниз по различным подгруппам; некоторое сходство элементов: водорода — фосфора — теллура (  = 2,1), бериллия и алюминия ( =1,5) и ряда других элементов. Как видно из приведенных сопоставлений, используя значения электроотрицательности, можно приближенно сравнивать между собой, элементы даже разных подгрупп, и разных периодов.

График изменения эдектроотрицательностн элементов главных подгрупп I—VII групп.