Вьюник. Лекция № 8

Iонiзацiйний потенцiал

Потенцiал iонiзацiї найменша напруга в вольтах, яку треба прикласти, щоб вiддалити e¯ вiд атома на ∞ вiдстань

E∞ −Eнорм. = hν

Енергiя iонiзацiї кiлькiсно характеризує зв‘язок електронiв з ядром в окремо взятому атомi.

Як i слiдувало очiкувати, вiдщеплення кожного наступного e¯ потребує все бiльших енергетичних затрат. Позначення

I1,I2,I3,...IN: I1 < I2 < I3 ....

Величина iонiзацiйного потенцiалу залежить вiд структури електронної оболонки атома, радiуса, а при рiвностi останнiх i вiд заряду ядра.

Заповненi електроннi оболонки виявляють пiдвищену стiйкiсть до вiдриву e¯. Найменше значення I1 у s− елементiв 1-ої групи. Найбiльше його значення у s− i p− елементiв 18 групи (iнертнi гази).

11/31

Iонiзацiйний потенцiал

В залежностi I1 вiд Z є явна перiодичнiсть.

Z

12/31

Атомний об‘єм Атомнi та iоннi радiуси Iонiзацiйний потенцiал Спорiдненiсть до електрона Перiодичнiсть

Iонiзацiйний потенцiал

Вплив екранування та проникнення електронiв

Зростання I1 при переходi вiд елементiв 1-шої групи до елементiв 18-ої групи обумовлене збiльшенням ефективного заряду ядра. На залежностi I1 − Z спостерiгаються максимуми i мiнiмуми.

Сильно вираженi: максимуми у He, Ne,Ar, Kr, Xe, мiнiмуми у Li, Na, K, Rb, Cs;

слабко вираженi: максимуми у Be, N, Mg, P, Zn, As; слабко вираженi мiнiмуми у B, O, Al, S, Ga, Se.

Пояснення даються з допомогою уявлень про екранування заряда ядра i про проникнення e¯ до ядра.

Максимуми обумовленi пiдвищеною стiйкiстю конфiгурацiй s2 (Be, Mg, Zn); p3 (N, P, As).

Екранування заряду ядра: (B, Al, Ga) – s2; взаємовiдштовхування 2-х електронiв ( O, S, Se).

13/31

Iонiзацiйний потенцiал

Вплив екранування та проникнення електронiв

У вiдповiдностi з особливостями електронної будови у d− i f − елементiв I1 близькi: MN(3d54s2) ; ZN(3d104s2), одна площадка, 4s2 електрон проникає пiд екран 3d- пiдрiвня.

В групах s- i p- елементи iз зростанням Z зменшується I1, а для d- елементiв збiльшується:

Зменшення в пiдгрупах s- i p- елементiв пояснюється посиленням екранування заряда ядра e¯попереднiх електронних оболонок.

14/31

Iонiзацiйний потенцiал

Вплив екранування та проникнення електронiв

Зростання в пiдгрупах d-елементiв пояснюється ефектом проникнення електронiв 4s,5s,6s пiд екран 3d,4d а у випадку 6s2 електрони проникають пiд подвiйний екран 5d i 4f . Це призводить до збiльшення мiцностi зв‘язку електронiв з ядром.

Енергiю iонiзацiї розраховують теоретично i визначають експериментально за даними спектроскопiї.

15/31

Спорiдненiсть до електрона

Спорiдненiсть до електрона (Eсп). Взагалi можливе i приєднання додаткового e¯ до любого атома, iона або молекули.

Енергiю, яка при цьому процесi видiляється або поглинається називають енергiєю спорiдненостi до електрона.

Енергiя спорiдненостi до електрона (Eсп) характеризує процес: A + e¯ = A− + Eсп , який можна розглядати як протилежний процесу iонiзацiї атома.

Слiд зауважити, що знак енергiї спорiдненостi до електрона за умовою протилежний знаку I1, проте негативна спорiдненiсть до e¯ все таки вiдома.

16/31

Спорiдненiсть до електрона

Як i енергiю iонiзацiї, Eсп також виражають у Кдж/моль або в eB/атом.

Енергiя спорiдненостi до електрона залежить вiд низки чинникiв:

1 радiусiв атомiв;

2 ефективного заряду ядра атома;

3електронної конфiгурацiї атома.

Умiру зменшення розмiрiв атомiв Eсп збiльшується. Ця величина збiльшується також при зростанi ефективного заряду ядра.

Eсп визначають масспектрометричним способом. Надiйнi величини вiдомi лише для небагатьох елементiв.

17/31

Атомний об‘єм Атомнi та iоннi радiуси Iонiзацiйний потенцiал Спорiдненiсть до електрона Перiодичнiсть

Спорiдненiсть до електрона

Порiвняння залежностей Eсп − Z i I1 − Z показує, що максимуми i мiнiмуми на залежностi Eсп змiщенi в порiвнянi з I1 на один елемент влiво.

Найбiльша спорiдненiсть характерна для p-елементiв 17-ої групи.

Найменшу спорiдненiсть мають атоми з конфiгурацiями: s2 (Be, Mg, Zn ) та s2p6 (Ne, Ar, Kr) або з наполовину заповненим p-пiдрiвнем (N, P, As).

Сила притягання 1 e¯ до ядра атомiв O, S, C i iнших бiльше сили вiдштовхування 1 e¯ i електронної оболонки цих атомiв.

Вiдповiдно до квантово-механiчних розрахункiв приєднання 2-х i бiльшої кiлькостi e¯ завжди потребує затрати енергiї. Тому у вiльному станi багатозаряднi анiони (O 2 – , S 2 – , N 3 – ) не iснують.

18/31

Спорiдненiсть до електрона

Навiть у кристалiчних гратках з такими iонами вiдбувається перерозподiл електронної густини мiж катiоном i анiоном, внаслiдок чого величина негативного заряду анiона зменшується.

Вперiодах: чим менше радiус атома, тим легше атом приєднує e¯.

Вгрупах знизу вверх посилюється тенденцiя до приєднання e¯. Проте iз цiєї закономiрностi випадають елементи другого перiоду F, O, N (таблиця):

19/31

Це пояснюється малими розмiрами атомiв F, O, N, внаслiдок чого великою є у них електронна густина.

Приєднання в цьому випадку зайвого e¯ настiльки збiльшує мiжелектронне вiдштовхування, що енергiя спорiдненостi до електрона цих атомiв стає меншою, нiж у наступних за ними.

Вiд‘ємне значення Eсп атома нiтрогену пояснюють пiдвищеною стiйкiстю його напiвзаповненого p−пiдрiвня.

Для атомiв елементiв, що мають повнiстю заповненi ns− та np− пiдрiвнi, значення Eсп також вiд‘ємнi, тобто атоми таких елементiв подiбно до атома нiтрогену ”змушенi” приєднувати електрони.

20/31