Что такое ионизационные потенциалы
То есть работа, которую необходимо затратить, чтобы оторвать электрон от атома и удалить его на бесконечно далёкое расстояние (т. е. из сферы влияния положительно заряженного ядра).
Рис. Стандартные изобарные потенциалы образования окислов.
Ионизационный потенциал выражается в электронвольтах , в вольтах или ккал.
Различают потенциалы ионизации:
1. Первого порядка (I1), т. е. количество энергии, необходимое для отрыва первого электрона,
2. Второго порядка (I2)— количество энергии, необходимое для отрыва электрона от одновалентного положительного иона, третьего порядка (I3) и т. д.
У атомов легче всего отщепляется первый электрон.
При отрыве каждого следующего электрона ионизационный потенциал растёт, так как свободный заряд иона, притягивающий электроны при этом, увеличивается.
Труднее всего первый электрон отщепляется от атомов инертных газов, имеющих исключительную стабильность замкнутых электронных оболочек.
Второй электрон труднее оторвать от атомов первой группы, третий — у элементов второй группы, так как в обоих случаях отщепляемый электрон принадлежит к замкнутой оболочке.
Первый электрон очень легко отрывается у атомов щелочных металлов, у которых он является единственным валентным электроном, дающим начало новому электронному слою.
В пределах одной и той же подгруппы, как правило, электрон связан тем слабее, чем больше порядковый номер элемента.
Объясняется это тем, что при аналогичной электронной структуре атом теряет электрон тем легче, чем дальше он расположен от положительно заряженного ядра.
Чем меньше ионизационные потенциалы атома, тем легче он отдаёт электрон.
Наряду с ионизационным потенциалом характерным свойством атома является сродство к электрону, т. е. величина энергии, выделяемая (или поглощаемая) присоединении атома с электроном.
Это энергия реакции:
Э+ ē = Э’,
где Э — атом, ē — электрон, Э’ — отрицательный ион.
Ниже приведены величины сродства некоторых атомов к электронам (в ккал на грамм-атом).
Сродство атомов к электронам (ккал/грамм-атом).
Атом — F. Ион — F‘. Энергия Е — + 96,5.
Атом — Сl. Ион — Сl‘. Энергия Е — + 89,4.
Атом — Вr. Ион — Вr‘. Энергия Е — + 74,5.
Атом — I. Ион — I‘. Энергия Е — + 75,4.
Атом — Н. Ион — Н‘. Энергия Е — + 16.
Из приведённых данных видно, что атомы галогенов, в особенности фтор и хлор, имеют очень большое сродство к электрону, т. е. они весьма энергично притягивают недостающие (до октета) электроны.
Присоединение электронов грамм-атомом фтора сопровождается выделением 96,5 ккал.
Зная величины сродства для галогенов, можно для каждого из них предвидеть, способен ли его атом отбирать электроны у ионов других галогенов.
Пример
В качестве примера рассмотрим фтор и бром:
Вr‘ → Вr + ē — 74,5 ккал
F +ē → F‘ + 96,5 ккал
F + Вr‘ → F‘ + Вr + 22 ккал
Положительный эффект реакции показывает, что атомы фтора будут отнимать электроны от ионов брома.
Если происходит присоединение одного электрона к атомам кислорода, серы, азота и т. д., то процесс сопровождается выделением энергии.
Присоединение же дальнейших электронов происходит с затратой энергии вследствие того, что образующийся отрицательный ион отталкивает присоединяемые электроны.
Наиболее легко присоединяют к себе электроны те атомы, которые достраивают наружную орбиту до восьми электронной, т. е. приобретают конфигурацию благородных газов.
К таким элементам относятся те, атомы которых на внешнем слое имеют 7 или 6 (5 или 4) электронов.
Наиболее легко отдают электроны атомы тех элементов, у которых после этого остаётся также восьми электронная оболочка.
К таким элементам относятся те, атомы которых на наружной орбите имеют 1, 2, 3 электрона.
Не следует, однако, считать, что атом тем сильнее и легче присоединяет к себе электроны, чем прочнее удерживает свои собственные электроны.
То есть, что сродство к элементу будет тем больше, чем больше его первый ионизационный потенциал.
Такой зависимости нет, так как на соотношение в величинах сродства и ионизационного потенциала оказывает сильное влияние структура электронной оболочки атома.
Это можно наблюдать на атомах инертных газов, у которых ионизационный потенциал очень большой вследствие того, что они обладают наиболее устойчивой структурой электронных оболочек, но по этой же причине их сродство к электрону весьма мало.
Статья на тему Ионизационные потенциалы