选修化学(下)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。