游離能(第一游離能)是指M(g)→M+(g)+e- 的△H
用能階的概念來說就是指「將基態原子之電子移至n=∞所需之能量」
因為電子與原子核間是以庫倫靜電力互相吸引,所以一切游離能的傾向皆能用靜電力公式來解釋——與電荷量呈正相關,與距離成反相關。
影響游離能的因素
1.有效核電荷(原子序)
一般來說,核電荷越大,任一電子所受到的靜電力皆會增大,造成游離能整體的提升
e.x.:等電子粒子如Na+>Ne>F-
例外:Ar>K
那是因為K最外層的電子受到內層的遮蔽效應所致,所謂遮蔽效應是指外層電子因為距核較遠且受到相對內層電子向外的斥力,導致核對其的作用力遠小於內層電子與核之間的作用力,在同一層的電子之間則因為交互作用力為水平方向,所以不影響游離能(物理&數學:向量的垂直獨立性)
綜合遮蔽效應及核電荷可以得出原子的一個重要性質——有效核電荷
計算式為(原子序)-(內層電子數)=(有效核電荷) 或簡寫為Z*
e.x.:C(Z=6) Z*=6-2=4;Na(Z=11) Z*=11-10=1
根據定義可得
(1)同族原素有效核電荷接相等有效核電荷
(2)同週期元素有效核電荷由左向右依序遞增
有效核電荷越大,表示原子核對電子的吸引力越大,所以游離能也會越大
在後面發的文會利用有效核電荷說明同族元素的化學相似性(後話)
2.距核遠近
稍微懂點物理的人應該會覺得理所當然:電荷距離越遠,交互作用力當然會變小
不過這個超重要的概念在化學會以另一個形式表達——原子在週期表上的週期。
沒錯原子的週期數可以作為距核遠近的代表值
e.x.:Na(第三週期)>K(第四週期)>Cs(第六週期)
綜合以上兩點得出整個週期表的大趨勢:
由左至右,游離能上升;由上至下,游離能下降
p.s至於A族元素的例外(
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