元素第一電離能的周期性變化

在化學(xué)選修課《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中，對“元素第一電離能的周期性變化”的學(xué)習(xí)是建立在學(xué)生以前學(xué)習(xí)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律的認知水平上引申的一小部分內(nèi)容，但其作用卻是解決我們很熟悉的問題，如衡量金屬元素原子失電子能力的強弱和解釋不同金屬離子呈現(xiàn)的不同價態(tài)等。

在“元素第一電離能的周期性變化”的學(xué)習(xí)中，經(jīng)分析元素周期表中第一電離能的變化，可得第一電離能在周期表中的遞變規(guī)律：

同周期，從左至右，元素第一電離能呈現(xiàn)增大趨勢。

同主族，從上至下，元素第一電離能逐漸減小。

那么，在講解這一規(guī)律的時候，怎樣向?qū)W生解釋第一電離能的遞變性呢？我們不能單單讓學(xué)生死記這條規(guī)律，所以我們應(yīng)從結(jié)構(gòu)方面入手，增加對第一電離能大小的影響因素的講解。

第一電離能的大小主要取決原子的有效核電荷、原子半徑以及原子的電子構(gòu)型。

一般來說，同周期元素的原子第一電離能的大小，有效核電荷起主要作用。同周期元素具有相同的電子層數(shù)，從左到右有效核電荷增大，原子半徑減小，核對外層電子的引力增大，因此，越靠右的元素，越不易失去電子，電離能也就越大。

同主族元素電子層數(shù)不同，最外層電子數(shù)相同原子半徑增大起主要作用，因此，半徑越大，核對電子引力越小，越易失去電子，電離能也就越小。

電子構(gòu)型是影響電離能的第三個因素。電子構(gòu)型能很好地解釋各周期中稀有氣體元素的電離能最大及某些元素的電離能的反?，F(xiàn)象。如：

稀有氣體Ne的軌道表示式：

第二周期元素N的軌道表示式：

以上兩元素原子核外電子排步在p軌道上形成全滿和半滿結(jié)構(gòu)，原子的能量較低，所以，Ne元素具有較大的第一電離能；而N元素的第一電離能要比同周期的O元素大，不遵循第一電離能在周期表中的遞變規(guī)律。這就需要用到洪特規(guī)則的特例：

通常情況下，當(dāng)原子核外電子排步在能量相等的軌道上形成全空（p0、d0、f0）、半滿（p3、d5、f7）和全滿（p6、d10、f14）結(jié)構(gòu)時，原子的能量較低，該元素具有較大的第一電離能。

實際上除了N元素外，在短周期還有Be、Mg、P等這些元素也可以用電子構(gòu)型來解釋第一電離能反常變大的情況。

但是，在用這規(guī)則的時候，學(xué)生往往出現(xiàn)一些誤區(qū)。如：如何解釋鎂的第一電離能大于鋁？學(xué)生大都認為鎂的價電子排布式為3S2，為全滿結(jié)構(gòu)，而鋁的價電子排布式為3S23P1，所以鎂原子較鋁更穩(wěn)定，第一電離能較大。實際上，在運用洪特規(guī)則特例解釋類似上述問題時，應(yīng)該比較相同類型軌道的電子排布是全空、半滿還是全滿。如：鎂的價電子排布為3S23P0，3P軌道為全空結(jié)構(gòu)，相對于鋁的3P軌道來說，能量更低更穩(wěn)定，第一電離能更大。

通過以上分析后，學(xué)生能更好地對第一電離能的遞變規(guī)律加以理解和掌握。

（山東省膠州市第二中學(xué)）