电离能

在物理学和化学中，电离能 (IE)（美式英语拼写）、电离能（英式英语拼写）是去除孤立气态原子、正离子或分子中束缚最松散的电子所需的最小能量。 xxx电离能定量表示为

X(g) + 能量 ⟶ X+(g) + e−

其中 X 是任何原子或分子，X+ 是原始原子被剥离单个电子时产生的离子，e- 是被移除的电子。 电离能对中性原子为正，意味着电离是吸热过程。 粗略地说，最外层的电子离原子核越近，原子的电离能就越高。

在物理学中，电离能通常以电子伏特 (eV) 或焦耳 (J) 表示。 在化学中，它表示为电离一摩尔原子或分子的能量，通常表示为千焦耳每摩尔 (kJ/mol) 或千卡每摩尔 (kcal/mol)。

元素周期表中原子电离能的比较揭示了遵循库仑引力规则的两个周期趋势：

• 电离能一般在给定周期内（即行）从左向右增加。
• 在给定的组（即列）中，电离能通常从上到下递减。

后一种趋势是由于外层电子壳层逐渐远离原子核，随着一个内壳层沿着列向下移动，每行增加一个内层壳层。

第 n 次电离能是指从具有 (n - 1) 正电荷的物质中去除束缚最松散的电子所需的能量。 例如，前三个电离能定义如下：

xxx电离能是使反应发生的能量 X ⟶ X+ + e− 第二电离能是使反应发生的能量 X+ ⟶ X2+ + e− 第三电离能是使反应发生的能量 X2+ ⟶ X3+ + e−

决定电离能的最显着影响包括：

• 电子构型：这解释了大多数元素的 IE，因为它们的所有化学和物理特性都可以通过确定它们各自的电子构型来确定。
• 核电荷：如果核电荷（原子序数）越大，电子被原子核束缚得越紧，因此电离能就越大（导致给定时间内提到的趋势 1）。</li >
• 电子壳的数量：如果原子的尺寸由于存在更多的壳而变大，电子被原子核束缚的程度就会降低，电离能就会变小。
• 有效核电荷 (Zeff)：如果电子屏蔽和穿透的幅度越大，则电子被原子核束缚得越不紧密，电子的 Zeff 和电离能就越小。
• 稳定性：具有更稳定电子配置的原子失去电子的趋势降低，因此具有更高的电离能。

轻微影响包括：

• 相对论效应：较重的元素（尤其是原子序数大于 70 的元素）会受到这些影响，因为它们的电子速度接近光速。 因此，它们具有更小的原子半径和更高的电离能。
• 镧系元素和锕系元素收缩（和钪元素收缩）：元素的收缩会影响电离能，因为更强烈地感受到原子核的净电荷。
• 电子配对能：半满子壳层通常会产生更高的电离能。

术语电离势是电离能的一个较旧且过时的术语，因为测量电离能的最古老方法是基于电离样品并使用静电势加速去除的电子。

原子的电离能，表示为 Ei，是通过寻找光量子（光子）或加速到已知能量的电子的最小能量来测量的，该已知能量将踢出最少束缚的原子电子。 测量是在气相中对单个原子进行的。 虽然只有惰性气体以单原子气体形式出现，但其他气体可以分裂成单个原子。 此外，许多固体元素可以被加热并汽化成单个原子。 单原子蒸气包含在预先抽空的管中，该管具有两个连接到电压源的平行电极。 电离激发通过管壁引入或在管内产生。

当使用紫外线时，波长扫过紫外线范围。 在特定波长 (λ) 和光频率（ν=c/λ，其中 c 是光速）下，能量与频率成正比的光量子将具有足够高的能量来驱逐最少束缚的电子 . 这些电子会被吸引到正极，剩下的正离子。