чему равна энергия ионизации атома водорода

Энергия ионизации атома

Важным энергетическим параметром для изучения химических процессов является энергия ионизации атома. Применительно к атому водорода это энергия, которую необходимо затратить, для того чтобы оторвать электрон от протона.

Она равна сумме потенциальной энергии системы и кинетической энергии электрона.

Из формулы (2.7) следует, что уменьшение расстояния между электроном и ядром и увеличение заряда ядра означают увеличение силы притяжения электрона к ядру. То есть, потребуется больше энергии для отрыва электрона от ядра. Чем больше энергии требуется для разрыва этой связи, тем более стабильна система.

Следовательно, если разрушение связи (отделение электрона от ядра) в одной системе требует больше энергии, чем в другой, то первая система более стабильна.

Как известно из электростатики, энергия (Т), необходимая для разрыва связи между противоположенными зарядами (Z и е), находящимися друг от друга на расстоянии R, определяется равенством

Она пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Такая корреляция вполне понятна: чем больше заряды, тем сильнее их притяжение друг к другу, следовательно, больше энергии требуется для разрыва связи между ними. И чем меньше расстояние между ними, тем больше энергии придется затратить на разрушение связи. Благодаря этому становится понятным, почему атомная система, где заряд ядра в два раза больше, чем заряд ядра в атоме водорода, более стабильна и требует больше энергии для отрыва электрона.

Однако, следующий вопрос требует дополнительного разъяснения:

1 4Почему при увеличении заряда ядра в два раза количество энергии, необходимой для разрыва связи между ядром и электроном (энергия ионизация атома), увеличивается в четыре раза, что равно квадрату значения удвоенного заряда ядра (54,4/13,6=4)?

Это особенно необъяснимо, если мы вернемся к равенству (2.1), в соответствие с которым увеличение заряда в два раза приводит к увеличению требуемой для разрыва энергии тоже в два раза, а не к возведению в квадрат.

Далее мы рассмотрим первую энергию ионизации (ПЭИ) атома для первых 20 элементов таблицы.

Источник

Энергия ионизации атома

dark fb.4725bc4eebdb65ca23e89e212ea8a0ea dark vk.71a586ff1b2903f7f61b0a284beb079f dark twitter.51e15b08a51bdf794f88684782916cc0 dark odnoklas.810a90026299a2be30475bf15c20af5b

caret left.c509a6ae019403bf80f96bff00cd87cd

caret right.6696d877b5de329b9afe170140b9f935

Важным энергетическим параметром для изучения химических процессов является энергия ионизации атома. Применительно к атому водорода это энергия, которую необходимо затратить, для того чтобы оторвать электрон от протона.

Она равна сумме потенциальной энергии системы и кинетической энергии электрона.

Из формулы (2.7) следует, что уменьшение расстояния между электроном и ядром и увеличение заряда ядра означают увеличение силы притяжения электрона к ядру. То есть, потребуется больше энергии для отрыва электрона от ядра. Чем больше энергии требуется для разрыва этой связи, тем более стабильна система.

Следовательно, если разрушение связи (отделение электрона от ядра) в одной системе требует больше энергии, чем в другой, то первая система более стабильна.

Как известно из электростатики, энергия (Т), необходимая для разрыва связи между противоположенными зарядами (Z и е), находящимися друг от друга на расстоянии R, определяется равенством

Она пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Такая корреляция вполне понятна: чем больше заряды, тем сильнее их притяжение друг к другу, следовательно, больше энергии требуется для разрыва связи между ними. И чем меньше расстояние между ними, тем больше энергии придется затратить на разрушение связи. Благодаря этому становится понятным, почему атомная система, где заряд ядра в два раза больше, чем заряд ядра в атоме водорода, более стабильна и требует больше энергии для отрыва электрона.

СРОДСТВО К ЭЛЕКТРОНУ частицы (молекулы, атома, иона), миним. энергия А, необходимая для удаления электрона из соответствующего отрицат. иона на бесконечность. Для частицы X С. к э. относится к процессу:

image021

image023= АNА (NА

Надежных эксперим. данных по С. к э. атомов и молекул до сер. 60-х гг. 20 в. практически не существовало. В настоящее время использование равновесных методов получения и исследования отрицат. ионов позволило получить первые С. к э. для большинства элементов периодич. системы и неск. сотен орг. и неорг. молекул. Наиб. перспективные методы определения С. к э.-фотоэлектронная спектроскопия (точность + 0,01 эВ) и масс-спектрометрич. исследование равновесий ионно-молекулярных реакций. Квантовомех. расчеты С. к э. аналогичны расчетам потенциалов ионизации. Наилучшая точность для многоатомных молекул составляет 0,05-0,1 эВ.

Наибольшим С. к э. обладают атомы галогенов. Для ряда элементов С. к э. близко к нулю или меньше нуля. Последнее означает, что для данного элемента устойчивого отрицат. иона не существует. В табл. 1 приведены значения С. к э. атомов, полученные методом фотоэлектронной спектроскопии (работы У. Лайнебергера с сотрудниками).

640 1

image025

Ван-дер-ваальсовы радиусы определяют эффективные размеры атомов благородных газов. Считают также, что эти радиусы равны половине межъядерного расстояния между ближайшими одинаковыми атомами, не связанными между собой хим. связью, т.е. принадлежащими разным молекулам, напр. в молекулярных кристаллах. Значения ван-дер-ваальсовых радиусов находят, пользуясь принципом аддитивности атомных радиусов, из кратчайших контактов соседних молекул в кристаллах. В среднем они на

0,08 нм больше ковалентных радиусов. Знание ван-дер-ваальсовых радиусов позволяет определять конформацию молекул и их упаковку в молекулярных кристаллах. Энергетически выгодными обычно бывают такие конформации молекул, в к-рых перекрывание ван-дер-ваалъсовых радиусов валентно не связанных атомов невелико. Ван-дер-ваальсовы сферы валентно связанных атомов в пределах одной молекулы перекрываются. Внеш. контур перекрывающихся сфер определяет форму молекулы. Молекулярные кристаллы подчиняются принципу плотной упаковки, согласно к-рому молекулы, моделируемые своим «ван-дер-ваальсовым окаймлением», располагаются т. обр., что «выступы» одной молекулы входят во «впадины» другой. Пользуясь этими представлениями, можно интерпретировать кристаллографич. данные, а в ряде случаев и предсказывать структуру молекулярных кристаллов.

Билет 6.

Химическая связь.

Образование из атомов молекул, молекулярных ионов, ионов, кристаллических, аморфных и других веществ сопровождается уменьшением энергии по сравнению с невзаимодействующими атомами. При этом минимальной энергии соответствует определенное расположение атомов друг относительно друга, которому отвечает существенное перераспределение электронной плотности. Силы, удерживающие атомы в новых образованиях, получили обобщенное название ╚химическая связь╩. Важнейшие виды химической связи: ионная, ковалентная, металлическая, водородная, межмолекулярная.

Согласно электронной теории валентности, химическая связь возникает за счет перераспределения электронов валентных орбиталей, в результате чего возникает устойчивая электронная конфигурация благородного газа (октет) за счет образования ионов (В. Коссель) или образования общих электронных пар (Г. Льюис).

Химическая связь обычно изображается черточками, соединяющими взаимодействующие атомы; каждая черта эквивалентна обобщенной паре электронов. В соединениях, содержащих более двух атомов, важной характеристикой является валентный угол, образуемый химическими связями в молекуле и отражающий ее геометрию.

Полярность молекулы определяется разностью электроотрицательностей атомов, образующих двухцентровую связь, геометрией молекулы, а так же наличием неподеленных электронных пар, так как часть электронной плотности в молекуле может быть локализована не в направлении связей. Полярность связи выражается через ее ионную составляющую, то есть через смещение электронной пары к более электроотрицательному атому. Полярность связи может быть выражена через ее дипольный момент м, равный произведению элементарного заряда на длину диполя *) м = e l. Полярность молекулы выражается через ее дипольный момент, который равен векторной сумме всех дипольных моментов связей молекулы.

*) Диполь √ система из двух равных, но противоположных по знаку зарядов, находящихся на единичном расстоянии друг от друга. Дипольный момент измеряется в кулон-метрах (Клм) или в дебаях (D); 1D = 0,33310 √29 Клм.

Все эти факторы следует учитывать. Например, для линейной молекулы CO2 м = 0, но для SO2 м = 1,79 D вследствие ее углового строения. Дипольные моменты NF3 и NH3 при одинаковой гибридизации атома азота (sp 3 ), примерно одинаковой полярности связей N√F и N√H (ОЭО N = 3; ОЭО F = 4; ОЭО H = 2,1) и сходной геометрии молекул существенно различаются, поскольку дипольный момент неподеленной пары электронов азота при векторном сложении в случае NH3 увеличивает м молекулы, а в случае NF3 уменьшает его.

Источник

Чему равна энергия ионизации атома водорода

Решая совместно уравнения (2), (5), (9), получим выражение для полной энергии электрона в атоме водорода:

10 (10)
11 (11)

i1Диаграмма энергетических уровней (рис.1) позволяет дать несколько важных определений.

Энергия возбуждения Евоз – это энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он из основного состояния (n = 1) перешел в возбужденное. Например, Евоз = 10,2 эВ – энергия, необходимая для перехода электрона в состояние, соответствующее n = 2 (первое возбужденное состояние).

Согласно постулату Бора, при переходе электрона из одного состояния (с большей энергией) в другое (с меньшей энергией) испускается фотон, частота которого определяется формулой (8). Учитывая выражение (10) для энергии электрона в атоме, получим выражение для частот испускаемых фотонов:

12 (12)

или, соответственно, для длин волн испускаемых фотонов:

13 (13)

Таким образом, модель атома Н.Бора объясняет дискретный (линейчатый) характер спектра испускания атома водорода.

Спектральные серии атома водорода

На диаграмме энергетических уровней (рис.1) показаны возможные переходы электрона с верхних уровней на нижние. При каждом таком переходе излучается фотон с частотой, определяемой формулой (12), или длиной волны, определяемой формулой (13). Переходы электрона с различных верхних уровней на определенный нижний образуют так называемые спектральные серии атома водорода. Так, все переходы из состояний с n = 2, 3, 4, … в состояние с n = 1 образуют так называемую серию Лаймана (ультрафиолетовое излучение). Все длины волн этой серии лежат в ультрафиолетовой области шкалы электромагнитных волн. Переходы из состояний с n = 3, 4, 5, … в состояние с n = 2 образуют серию Бальмера (видимый свет). Переходы из состояний с n = 4, 5, 6, … в состояние с n = 3 образуют серию Пашена (инфракрасное излучение). Длины волн всех остальных серий (переходы на уровни с n = 4, 5, и т.д.) лежат в инфракрасной области спектра электромагнитного излучения.

Источник

512px First Ionization Energy blocks.svg

Сравнение энергий ионизации атомов в периодической таблице показывает две периодические тенденции, которые подчиняются правилам кулоновского притяжения :

Последняя тенденция возникает из-за того, что внешняя электронная оболочка постепенно удаляется от ядра, с добавлением одной внутренней оболочки на ряд по мере того, как каждый движется вниз по столбцу.

Наиболее заметные факторы, влияющие на энергию ионизации, включают:

Другие второстепенные факторы включают:

СОДЕРЖАНИЕ

Определение энергии ионизации

180px Measurement of ionization energy of atoms schematic.svg

Когда для ионизации атомов используются высокоскоростные электроны, они производятся электронной пушкой внутри аналогичной откачанной трубки. Энергией электронного пучка можно управлять с помощью ускоряющих напряжений. Энергия этих электронов, которая вызывает резкое возникновение тока ионов и освобождаемых электронов через трубку, будет соответствовать энергии ионизации атомов.

Атомы: ценности и тенденции

Некоторые значения элементов третьего периода приведены в следующей таблице:

350px Ionization energies of atoms labeled atomic orbital filling indicated.svg

Исключения по энергиям ионизации

Есть исключения из общей тенденции повышения энергии ионизации в течение определенного периода. Например, значение уменьшается у бериллия (
4 Быть
: 9,3 эВ) до бора (
5 B
: 8,3 эВ), и от азота (
7 N
: 14,5 эВ) в кислород (
8 О
: 13,6 эВ). Эти провалы можно объяснить с точки зрения электронных конфигураций.

200px BerylliumVsBoronElectronConfiguration

Последний электрон бора находится на 2p-орбитали, электронная плотность которой в среднем находится дальше от ядра, чем 2s-электроны в той же оболочке. Затем 2s-электроны в некоторой степени защищают 2p-электрон от ядра, и легче удалить 2p-электрон из бора, чем 2s-электрон из бериллия, что приводит к более низкой энергии ионизации B.

200px

200px

Кроме того, после каждого элемента благородного газа энергия ионизации резко падает. Это происходит потому, что внешний электрон в щелочных металлах требует гораздо меньшего количества энергии для удаления от атома, чем внутренние оболочки. Это также приводит к низким значениям электроотрицательности для щелочных металлов.

200px ZincVsGalliumElectronConfiguration

200px RadiumVsActiniumElectronConfiguration

Тенденции и исключения резюмируются в следующих подразделах:

Энергия ионизации уменьшается, когда

Энергия ионизации увеличивается, когда

Аномалии энергии ионизации в группах

Модель Бора для атома водорода

После ионизации энергия неподвижного электрона, бесконечно удаленного от протона, равна нулю, так что энергия ионизации равна

Квантово-механическое объяснение

Молекулы: вертикальная и адиабатическая энергия ионизации

280px Franck Condon diagram

Энергия адиабатической ионизации

Энергия вертикальной ионизации

Во многих случаях адиабатическая энергия ионизации часто является более интересной физической величиной, поскольку она описывает разницу в энергии между двумя поверхностями потенциальной энергии. Однако из-за экспериментальных ограничений часто трудно определить энергию адиабатической ионизации, тогда как энергию вертикального отрыва легко идентифицировать и измерить.

Аналоги энергии ионизации для других систем

Хотя термин «энергия ионизации» в основном используется только для газообразных атомных или молекулярных частиц, существует ряд аналогичных величин, которые учитывают количество энергии, необходимое для удаления электрона из других физических систем.

Энергия связи электрона

500px Electron binding energy vs Z

Твердые поверхности: работа выхода

Источник

Энергия ионизации

Энергия ионизации — разновидность энергии связи или, как её иногда называют, первый ионизационный потенциал (I1), представляет собой наименьшую энергию, необходимую для удаления электрона от свободного атома в его низшем энергетическом (основном) состоянии на бесконечность.

Энергия ионизации является одной из главных характеристик атома, от которой в значительной степени зависят природа и прочность образуемых атомом химических связей. От энергии ионизации атома существенно зависят также восстановительные свойства соответствующего простого вещества.

Для многоэлектронного атома существуют также понятия второго, третьего и т. д. ионизационных потенциалов, представляющих собой энергию удаления электрона от его свободных невозбуждённых катионов с зарядами +1, +2 и т. д. Эти ионизационные потенциалы, как правило, менее важны для характеристики химического элемента.

Энергия ионизации всегда имеет эндоэнергетическое значение (это понятно, так как чтобы оторвать электрон от атома, требуется приложить энергию, самопроизвольно это произойти не может).

На энергию ионизации атома наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы:

На энергию ионизации оказывают влияние также и менее значительные факторы, такие, как квантовомеханическое обменное взаимодействие, спиновая и зарядовая корреляция и др.

Энергии ионизации элементов измеряется в Электронвольт на 1 атом или в Джоуль на моль.

600px Ionization energies ru.svg

magnify clip

Энергия последовательной ионизации In (кДж/моль) атомов элементов третьего периода [1]
Элемент I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
Na 495,8 4564
Mg 737,7 1451 7730
Al 577,6 1817 2744 11600
Si 786,5 1577 3228 4350 16100
P 1011,8 1904 2910 4950 6270 21200
S 999,6 2253 3380 4565 6950 8490 27000
Cl 1251,2 2296 3850 5160 6560 9360 11000
Ar 1520,6 2666 3946 5770 7230 8780 12000

Примечания

Ссылки

14px Searchtool.svg Структурная химия
Химическая связь: Ароматичность | Ковалентная связь | Ионная связь | Металлическая связь | Водородная связь | Донорно-акцепторная связь | Таутомерия | Ван-дер-Ваальсова связь
Отображение структуры: Функциональная группа | Структурная формула | Скелетная формула органических соединений | Химическая формула | Лиганд | Координационная геометрия | Координационная сфера
Электронные свойства: Электроотрицательность | Сродство к электрону | Энергия ионизации | Полярность химических связей | Правило октета
Стереохимия: Асимметрический атом | Изомерия | Конфигурация | Хиральность | Конформация

Полезное

Смотреть что такое «Энергия ионизации» в других словарях:

ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ — равна работе, затрачиваемой на удаление одного внеш. эл на из атома (на ионизацию атома), находящегося в осн. энергетич. состоянии. Численно равна ионизационному потенциалу. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия.… … Физическая энциклопедия

энергия ионизации — – энергия, необходимая для перевода нейтрального атома в положительно заряженный ион. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины

энергия ионизации — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN gap energy … Справочник технического переводчика

энергия ионизации — jonizacijos energija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Energijos kiekis, kurį reikia suteikti elektronui, kad jis išlėktų iš sužadinto atomo (molekulės) arba kietajame kūne iš kristalo valentinės juostos peršoktų į… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

энергия ионизации — jonizacijos energija statusas T sritis chemija apibrėžtis Mažiausia energija, reikalinga elektronui perkelti iš dalelės į begalybę. atitikmenys: angl. ionization energy rus. энергия ионизации … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

энергия ионизации — jonizacijos energija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ionization energy; ionizing energy vok. Ionisationsenergie, f; Ionisierungsenergie, f rus. энергия ионизации, f pranc. énergie d’ionisation, f … Fizikos terminų žodynas

энергия ионизации акцептора — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN ionization energy of acceptor … Справочник технического переводчика

энергия ионизации донора — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN ionization energy of donor … Справочник технического переводчика

Энергия ионизации молекул и радикалов — Молекула (радикал) Энергия ионизации, эВ Мольная энергия ионизации, кДж/моль BBr3 10,72 … Химический справочник

энергия ионизации акцептора — akceptoriaus jonizacijos energija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Energija, kurios reikia akceptoriui jonizuoti. atitikmenys: angl. acceptor ionization energy; acceptor ionizing energy vok. Akzeptor Ionisierungsenergie … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Источник

admin
Делаю сам
Adblock
detector