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结构生物化学/电离能

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电离能是指从气态原子中移去一摩尔电子所需的最小能量。第一次电离能是指移去一个电子的能量,因此可以注意到“第n次”电离能是指在之前移除了(n-1)个电子之后,移去原子第n个电子所需的能量。第一次电离能是化学反应中一个重要的因素,因为电离能低的原子在反应中往往成为阳离子,而电离能高的原子(稀有气体除外)往往会转化为阴离子。

如果电离能很高,这意味着移去最外层电子需要大量的能量。如果电离能很低,这意味着移去最外层电子只需要少量的能量。

随着核电荷的增加,原子核与电子之间的吸引力也随之增加,因此移去最外层电子所需的能量也更多,这意味着电离能更高。在周期表中,核电荷是最重要的考虑因素。因此,在周期表中,由于核电荷的增加,电离能会增加。

电离能与原子半径成反比关系。随着原子尺寸的减小,移去电子所需的能量会增加。

周期变化

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文件:Ionization Energy 3.png
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电离能往往在周期中增加,这是因为质子数量增加,对轨道电子的吸引力更有效,从而使移去电子所需的能量增加。

文件:Ionization Energy 2.png
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族变化

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电离能往往在族中下降,这是因为移去外层电子所需的能量比移去内层电子所需的能量更少。周期表中第 3A 族(过渡元素后的族)的电离能是一个例外,因为它没有从铝 (Al) 增加到铊 (Tl)。

随着我们向下移动周期表,电子离原子核更远,导致原子变大,电离能降低。

电离能的重要性及其意义

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在大多数化学反应中,明确理解电离能对于理解为什么某些键会形成以及与它们相关的能量至关重要。它还提供对各种原子如何相互形成共价键或离子键的理解。例如,钠的碱金属的电离能约为 5000 kJ/mol。氯原子的电离能约为 1200 kJ/mol。在创建氯化钠配合物时,它们电离能的差异非常大,以至于化学上它们可以结合成离子键,即化学中已知的键中最强的键。但是,当您开始看到电离能彼此非常接近的原子化合物时,我们就会开始看到越来越弱的键。例如,碳和氯的电离能彼此非常接近,这决定了它们的键型为共价键,即化学中第二强的键。关于键能和键强度的通用规则是,两种元素在周期表上越接近,它们之间的键就越弱。

参考文献

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  1. Silberberg, Martin S. Principles of General Chemistry. Boston: McGraw-Hill Higher Education, 2007. Print.
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