電離能、電子親合能和電負性,三個概念間有什麼關係?

2021-01-19 一個蘆老師

       我們先來看電離能與電子親合能的概念,然後再分析,化學家為什麼要提出電負性的概念。

電離能

使原子失去電子變成正離子,要消耗一定的能量以克服核對電子的吸引。使某元素1 mol 基態氣態原子失去一個電子形成正一價的氣態離子時所需要的能量,叫做這種元素的第一電離能,常用符號I1表示。

I1越小的元素的原子越容易失去電子,金屬性越強。因此,I1是衡量元素金屬性的一種尺度。下表列出了周期表中元素的I1數據:



請與下面的原子半徑對比:



可見,整體上說,原子半徑越小,I1越大,這是由於原子半徑越小,原子核對外層的引力就越大。同周期過渡元素的原子半徑相差不大,所以I1也很接近。

個別元素如N、P,其半徑分別大於O、S,I1卻更大,,是因為N和P最外層滿足半滿結構,難失去電子;0族元素的原子由於滿足8電子穩定結構,I1也很大。



電子親合能

使某元素1 mol 基態氣態原子得到一個電子形成負一價的氣態離子時所釋放的能量,叫做這種元素的第一電子親合能,常用符號E1表示。個別元素的基態氣態原子在結合電子時會吸收能量,這時E1取負值(這一點是歷史原因,與我們一般表示能量的正負號相反)。

E1越大的元素越容易得到電子,非金屬性越強。因此,E1是衡量元素非金屬性的一種尺度。下表列出了周期表中元素的E1數據:



再與原子半徑對比:



可見,整體上說,原子半徑越小,E1越大,這是由於原子半徑越小,原子核對外層的引力就越大。

個別元素如O、F,由於其半徑過小,電子云密度過高,以致當原子結合一個電子形成負離子時,電子間的排斥力過大,放出的能量反而分別比S、Cl略小。N元素的E1目前沒有被實驗測得,但經理論計算,N原子在結合一個電子時會吸收能量,所以其E1為負值。

 

通過對元素電離能和電子親合能概念的梳理,我們可以得到如下結論:

1.     電離能是衡量元素金屬性的一種尺度

2.     電子親合能是衡量元素非金屬性的一種尺度

3.     整體上來說,半徑影響著元素的電離能和電子親合能

 

科學家測量出電離能和電子親合能的數據就滿足了嗎?不,科學家還要用一個概念把元素的電離能和電子親合能統合起來,這個概念就是元素的電負性!

 

電負性

元素的電離能和電子親合能分別從失電子能力和得電子能力兩個側面反映了元素的金屬性和非金屬性。但在形成化合物時,元素的原子經常既不失去也不得到電子,如CH4,電子只是在兩種元素間發生偏移,這就不能用電離能和電子親合能的數據進行解釋了。所以,只從電離能或電子親合能的大小來判斷元素的金屬性或非金屬性是有局限性的。為了較好地說明在化合物中原子「拉」電子的能力(不一定完全得到,也許只是偏移過來),歷史上有三位科學家,試圖將電離能和電子親合能統合為一個概念。這三個人分別是密立根、鮑林和阿萊—羅周。

密立根非常簡單粗暴,直接把I1和E1加到一起,再取個平均值,就算是把兩個概念統合為一個概念了,他把這個新的概念叫做元素的電負性,可見,密立根電負性的單位是kJ/mol。

鮑林的方法更簡單,直接把F元素的得電子能力規定為4.0(另有資料說鮑林把H元素的得電子能力規定為2.1),連個單位都沒有,其他元素的得電子能力與F對比,就可以求出各自的得電子能力。鮑林也把這個概念稱為元素的電負性。可見,電負性越大,元素的原子得電子能力越強,反之,失電子能力越強。

阿萊—羅州在鮑林和密立根各自提出電負性的20多年後,也提出了電負性的概念。他把核對外層電子的靜電引力規定為元素的電負性。核對外層電子的靜電引力的計算公式為

式中Z為核電荷數(實際是有效電荷,高中生自行忽略),r為原子半徑。阿萊—羅州本想用這個引力來表示元素的電負性,但是經過與鮑林的電負性數據對比,他發現自己計算出的這個引力數據與鮑林的電負性數據有線性關係!這讓他更加確認了自己統合電離能和電子親合能的方法是符合科學界主流認知的。為了讓自己的電負性數據與鮑林的吻合,阿萊—羅州在引力公式裡加入了兩個參數,進行了修正:


鮑林和阿萊—羅州的電負性數據一併列入下表:



由於電子親合能的實驗數據很不好測得,所以密立根的電負性概念很少被用到,高中教材採用的是鮑林的電負性概念。

 

經過對元素的電離能、電子親合能和電負性概念的學習,我們發現:電負性的提出是為了統合電離能和電子親合能的,以更全面地度量一種元素的金屬性或非金屬性。所以能夠用I1和E1解釋的化學現象,一般都能用電負性來解釋。

 

講到這裡,蘆老師不禁要對2017年的新課標II卷的一道題目產生質疑。題目節選如下:


       

蘆老師的質疑是:N元素的E1雖然目前實驗室無法測得,但經計算,其理論值為 -58 kJ/mol,而此題目的數據為 0。這雖然不影響對題目的解釋,不過也難免過於草率。


相關焦點

  • 電負性和電離能
    關注我們,每天進步一點點高考化學選修三的內容以選做題的形式出現,分值15,而電負性、電離能是必考的知識點
  • 選修3電負性和電離能!
    高考化學選修三的內容以選做題的形式出現,分值15,而電負性、電離能是必考的知識點,怎麼快速理解記憶這個知識點呢?電負性,顧名思義,就是電子來了帶上負電,所以是原子吸引電子的能力;電離能,就是電子離開,即原子失去電子的能力。是不是記住它們的含義了呢?具體看看本文,理解知識點,並能夠熟練應用吧!
  • 電負性與電親和性概念的分析
    但從此後,許多氣體放電和SF6電弧專家就沿用了這種錯誤的概念,一直至今,包括國內許多大牛大腕和青年才俊,也包括許多知名書本和雜誌文章。今年初與日本教授K. SAWA交流時,他提醒我此兩概念的不同。於是我趕緊搜索核對,果然張冠李戴。為了提醒同行專家注意區分此兩個概念,特撰成小文發表。祈請各位專家指教。
  • 化學乾貨II高中化學電子排布、第一電離能和電負性知識匯總
    原子不顯電性,體積小,質量小,質量主要集中在原子核上,原子核的密度非常大3.核外電子排布規律(1)能量最低原理(2)每一層最多容納電子數:2n2個(3)最外層電子數不超過8個(K層為最外層時不超過2個)(4)次外層電子數不超過18個,倒數第三層不超過32個二、能層與能級能量最低原理:原子的電子排布遵循能使整個原子的能量處於最低狀態
  • 高考化學選3簡答題總結(電負性和電離能)!
    C>B,穩定性B>C,所以失去一個電子能量:B>C;A為Mg+、B為Mg原子,A再失去電子所需能量就是Mg原子失去2個電子的能量,為Mg原子的第二電離能,B失去一個電子的能量是Mg原子的第一電離能,其第二電離能大於第一電離能,所以電離最外層一個電子所需能量A>B,通過以上分析知,電離最外層一個電子所需能量最大的是A,故答案為:A;
  • 物質結構說理系列一---電離能 電負性
    隨著原子序數的遞增,元素的第一電離能呈周期性變化:(1)同周期從左到右,第一電離能有逐漸增大的趨勢,鹼金屬的第一電離能最小,稀有氣體的第一電離能最大;注意: ⅡA 族、第IIIA 族。第ⅤA 族、VIA族反常 ,即第ⅡA 族大於第IIIA 族、第ⅤA 族大於VIA 族元素的第一電離能。小技巧:在判斷第一電離能大小時,可以先按同周期原子序數由小到大順序寫出,然後再把反常的顛過來,這樣不容易出現失誤。(2)同主族從上到下,第一電離能有逐漸減小的趨勢。
  • 1-2《原子結構與元素的性質》教學視頻及知識點總結 高中化學選修三
    ②無確定的軌道;不能描畫其運動軌跡;不能同時準確地測定電子在某一時刻所處的位置和運動的速度(海森堡-Heisenberg測不準原理);僅能指出它在原子核外空間某處出現機會的多少(用電子云表示)。③電子云能表示什麼?
  • 原子結構參數及其規律性 ——原子半徑與電離能
    原子結構參數及其規律性——原子半徑與電離能
  • 元素的電負性
    由於電負性不是一個可以實際測得的數據,而是由許多實驗數據經過一些計算得到的,不同的計算方法也會產生不同標度的電負性。現在使用較廣的有三套電負性標度(Pauling標度,Allen標度,Mulliken標度)在這裡我們只介紹其中的一種——Pauling標度,這是最先被提出的一種標度,由美國科學家Pauling在1932年提出。
  • 重新定義一個至關重要的科學概念
    一個至關重要的化學概念在化學中,有一個全世界的化學家和材料學家幾乎每天都會用到的概念,它常被視為是元素周期表中的「第三個維度」。研究人員已經無數次地將它用於分子和材料的設計上。它衡量的是不同原子吸引電子的強度。
  • 重新定義一個至關重要的科學概念|化學|martin rahm|萊納斯·鮑林|...
    一個至關重要的化學概念在化學中,有一個全世界的化學家和材料學家幾乎每天都會用到的概念,它常被視為是元素周期表中的「第三個維度」。研究人員已經無數次地將它用於分子和材料的設計上。它衡量的是不同原子吸引電子的強度。
  • 高中化學選修三重點知識回顧,考前再過,輕鬆期末!
    三.元素周期律 1.電離能、電負性 (1)電離能是指氣態原子或離子失去1個電子時所需要的最低能量,第一電離能是指電中性基態原子失去1個電子轉化為氣態基態正離子所需要的最低能量。第一電離能數值越小,原子越容易失去1個電子。
  • 關於電負性的說明
    在前天關於水的節目中,我們提到了一個概念,這就是「電負性」,今天我們就以這個為話題水一期。電負性表示的是2個原子通過共用電子結合時,每個原子對共用電子吸引力的強弱,這一值越大的原子,對共用電子的吸引力就越強。
  • 電負性的新尺度將改寫化學教科書!
    現在瑞典查默斯理工大學馬丁·拉姆用一種新的、更全面的尺度重新定義了這個概念。他與包括一位諾貝爾獎得主在內的同事共同完成的這項研究發表在《美國化學學會》(Journal of the American Chemical Society)上。電負性理論用來描述不同原子吸引電子的強度。通過電負性尺度,可以預測不同分子和材料中電荷的近似分布,而不需要複雜的量子力學計算或光譜研究。
  • 化學選修三丨詳解分子間作用力和氫鍵知識點
    除此以外,分子間的作用力還是影響物質的汽化熱、熔化熱、溶解黏度等物理性質的主要因素。分子間的作用力包括分子間作用力(俗稱範德華力)和氫鍵(一種特殊的分子間作用力)。分子間作用力約為十幾至幾十千焦,比化學鍵小得多。分子間作用力包括三個部分:取向力、誘導力和色散力。
  • 電子和光子有什麼關係?電子能變成光子嗎?
    簡單說,電子是電子,光子是光子,兩個完全不同的概念,兩者並不能相互轉化,電子並不能變成光子。同時電子和光子也是兩種不同的概念! 電子是微觀粒子,是有大小的,雖然電子很小,但確實是有尺寸的!
  • 電負性的應用和化學鍵的類型對生活的積極影響
    電負性:用來描述不同元素的原子對鍵合電子吸引力的大小。電負性越大,對鍵合電子的吸引力越大。(電負性是相對值,沒單位)為了比較元素的原子吸引電子能力的大小,美國化學家鮑林於1932年首先提出了用電負性來衡量元素在化合物中吸引電子的能力。