原子结构与光谱
电离能(ionization energy)
想象把一块磁铁从冰箱门上撬下来。有的磁铁轻轻一弹就掉了;有的吸得极牢,你得用力才能扯开。把一个电子从原子上彻底拔走所需的能量,就像那股拉力——而它有多难,揭示了原子把电子抓得有多牢。
电离能是把气态的单个中性原子(或离子)中束缚得最松的那个电子移走、使其变成正离子所需的最小能量。通常引用的是第一电离能,即拔掉第一个电子所需的能量;继续移走更多电子,所需能量依次增加,给出第二、第三乃至更高的电离能。
它是衡量电子被束缚得有多紧的一个直接、可测量的把手,因而紧贴周期性趋势:它在一个周期内上升(有效核电荷更强),沿一族往下下降(外层电子更远、屏蔽更好)。需要注意的是,这个趋势带有标志性的凸起——例如从第 2 族到第 13 族、以及从第 15 族到第 16 族会略微下降,这是亚层结构留下的指纹。
钠极易交出第一个电子(约 496 千焦/摩尔),因为那个孤独的 3s 电子束缚得松。但它的第二电离能猛增到将近十倍,因为那个电子必须从严丝合缝、类稀有气体的内层中扯出——这一跃,泄露了钠隐藏的壳层结构。
拔掉一个电子所需的能量——越高表示抓得越牢。
相邻电离能之间的巨大跳跃,标志着你开始从更深的满壳层中移走电子的那一点——这暗示了一种元素有几个价电子。
又称
另见