從一個(gè)原子取走一個(gè)結(jié)合得最松的電子所需要的能量叫做它的電離勢(shì),或精確些叫做它的第一電離勢(shì)。這變化可用下式來(lái)表示:
X+能量→X++e-
一般而言對(duì)電子層數(shù)相同的原子來(lái)說(shuō),核電荷越大,電離勢(shì)越高(表7-6)。這是對(duì)的,因?yàn)楹穗姾稍酱?,核?duì)電子的弓引力也越大。
因此,一般來(lái)說(shuō)沿著周期前進(jìn),后面的元素有較大的電離勢(shì)。
圖7-1指出一些元素的第一電離勢(shì)和原子序數(shù)的關(guān)系。第一電離勢(shì)的數(shù)值提供在表7-7中。請(qǐng)注意硼的電離勢(shì)小于鈹?shù)模@可以通過(guò)一個(gè)原子帶正電的核對(duì)不同亞層中電子的相對(duì)吸引力來(lái)說(shuō)明。平均來(lái)說(shuō),核對(duì)同一主層中的一個(gè)8電子的吸引
要較強(qiáng)于對(duì)一個(gè)2電子的吸引,而對(duì)2電子的吸引又強(qiáng)于對(duì)d電子的吸引等等。這表明從一個(gè)原子上取走s電子要比取走?電子難些,而取走電子又比取走d電子難些,取走d電子也比取走電子難些,因此電離勢(shì)按照這個(gè)順序遞減。鈹(182,282)電離時(shí)是失去一個(gè)8電子,而硼(182,282,21)電離是失去一個(gè)2電子,其結(jié)果是硼有較低的電離勢(shì),盡管硼原子的核電荷比鈹多一個(gè)。氮的電離勢(shì)特別高,而氧的電離勢(shì)比氮稍低,這是因?yàn)榈佑?p半充滿(mǎn)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(第3,17節(jié))。類(lèi)似的變化也出現(xiàn)在以下的各周期中。
在圖7-1、表7-6和表7-7中提供的數(shù)值是從原子取走結(jié)合得最松的電子所需要的能量,并叫第一電離勢(shì)。取走第二個(gè)電子所需要的能量叫做第二電離勢(shì),第三、第四等電離勢(shì)也可用類(lèi)似的 方式來(lái)定義。
金屬元素有小的電離勢(shì)而非金屬元素有較大的電離勢(shì)。這表明金屬容易失去價(jià)電子而形成正離子,而非金屬在化學(xué)反應(yīng)中沒(méi)有形成正離子的傾向。
帶正電荷的原子核對(duì)價(jià)電子的引力,由于在內(nèi)層中電子彼此之間以及它們對(duì)價(jià)電子間的排斥力而部分地被抵消。于是從原子取走一個(gè)電子時(shí),它將受到內(nèi)電子層對(duì)核的屏蔽作用。這種屏蔽作用以及外層電子與核距離的增大,這是在每族中從上向下元素依次有較小的電離勢(shì)這個(gè)事實(shí)的明顯的解釋。同一族元素照例是有相同的外電子層結(jié)構(gòu)和相同數(shù)目目的價(jià)電子(表7-8)。
電離勢(shì)的大小在某種程度上是金屬化學(xué)活潑性的衡量尺度。也是它失去價(jià)電子形成正離子的傾向的衡量尺度。一般而言,電離勢(shì)越小,金屬的活潑性越強(qiáng)。除了可能例外的金屬鈁外,銫有最小的電離勢(shì)并且是最活潑的金屬。