Строение атома и периодическая система элементов. Хови А.М. - 46 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

46
Èç ïðèâåäåííûõ äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî ïåðåõîä íåéòðàëüíîãî àòîìà â
êàòèîí ñîïðîâîæäàåòñÿ ðåçêèì óìåíüøåíèåì îðáèòàëüíîãî ðàäèóñà, òîã-
äà êàê îáðàçîâàíèå àíèîíà ïî÷òè íå èçìåíÿåò âåëè÷èíû îðáèòàëüíîãî
ðàäèóñà, ïîñêîëüêó ïðè ýòîì íå îáðàçóåòñÿ íîâîãî ýëåêòðîííîãî ñëîÿ.
Ýôôåêòèâíûå ðàäèóñû êàòèîíîâ è àíèîíîâ ðåçêî ïðåâîñõîäÿò ïî âå-
ëè÷èíå îðáèòàëüíûå ðàäèóñû, ÷òî åùå ðàç ïîäòâåðæäàåò îòñóòñòâèå â
êðèñòàëëàõ 100-ïðîöåíòíûõ èîíîâ.
Îäíîé èç âàæíåéøèõ ýíåðãåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê àòîìîâ ÿâëÿåò-
ñÿ ýíåðãèÿ èîíèçàöèè, òàê êàê õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ýëåìåíòà âî ìíî-
ãîì çàâèñÿò îò òîãî, íàñêîëüêî ïðî÷íî âàëåíòíûé ýëåêòðîí ñâÿçàí ñ
ÿäðîì. Ýòà ñâÿçü êàê ðàç è îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ýíåðãèè èîíèçàöèè
ýíåðãèåé, êîòîðóþ íåîáõîäèìî çàòðàòèòü äëÿ îòðûâà ýëåêòðîíà îò àòî-
ìà, íàõîäÿùåãîñÿ â íîðìàëüíîì ñîñòîÿíèè.
Ïðè îòðûâå ýëåêòðîíà àòîì ïðèîáðåòàåò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä è ñòàíî-
âèòñÿ ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûì èîíîì:
_
n+
(M M +ne)
. Ýíåðãèÿ èîíèçàöèè
ìîæåò áûòü âûðàæåíà â ëþáûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ åäèíèöàõ: êàëîðèÿõ (Êàë),
äæîóëÿõ (Äæ), ýëåêòðîíâîëüòàõ (ýÂ). ×àùå âñåãî åå èçìåðÿþò â ýëåêòðîíâîëü-
òàõ. Òàê, ýíåðãèÿ èîíèçàöèè âîäîðîäà ðàâíà 13,6 ýÂ (1ýÂ=1,602
.
10
-19
Äæ).
×àñòî ýíåðãèþ èîíèçàöèè îòîæäåñòâëÿþò ñ ïîòåíöèàëîì èîíèçàöèè.
Ýòî íå ñîâñåì òàê. Ïîä ïîòåíöèàëîì èîíèçàöèè ïîíèìàþò ðàçíîñòü ïî-
òåíöèàëîâ, ïîä âîçäåéñòâèåì êîòîðîé ýëåêòðîí ïðèîáðåòàåò ýíåðãèþ,
ñîîòâåòñòâóþùóþ ýíåðãèè èîíèçàöèè. Ïîýòîìó ýíåðãèÿ èîíèçàöèè ÷èñ-
ëåííî ðàâíà ïîòåíöèàëó èîíèçàöèè, âûðàæåííîìó â âîëüòàõ, (ïîòåíöè-
àë èîíèçàöèè âîäîðîäà ðàâåí 13,6 Â, à ýíåðãèÿ èîíèçàöèè 13,6 ýÂ)
Äëÿ ìíîãîýëåêòðîííûõ àòîìîâ ðàññìàòðèâàþò íåñêîëüêî ýíåðãèé èîíè-
çàöèè J
1
, J
2
J
n
ñîîòâåòñòâóþùèõ óäàëåíèþ èç àòîìà ïåðâîãî, âòîðîãî è ò.ä.
ýëåêòðîíîâ. Ïðè ýòîì ýíåðãèÿ èîíèçàöèè êàæäîãî ïîñëåäóþùåãî îñâîáîæ-
äàþùåãîñÿ ýëåêòðîíà ðåçêî âîçðàñòàåò, ÷òî ñâÿçàíî ñ âîçðàñòàíèåì ñâÿçè
ýëåêòðîíà ñ ÿäðîì ïðè ðàñòóùåì çàðÿäå ïîëîæèòåëüíîãî èîíà.
Âåëè÷èíó ýíåðãèè èîíèçàöèè îáû÷íî îïðåäåëÿþò íà îñíîâàíèè äàí-
íûõ ñïåêòðàëüíîãî àíàëèçà. Îíà ñâÿçàíà ñ ïîðÿäêîâûì íîìåðîì ýëåìåí-
òà Z è åãî ãëàâíûì êâàíòîâûì ÷èñëîì n ñëåäóþùèì ñîîòíîøåíèåì:
Òàáëèöà 8
ìîòÀ
r
áðî
,
ìí
íîèòàÊ
r
áðî
,
ìí
r
ôôý
,
ìí
ìîòÀ
r
áðî
,
ìí
íîèíÀ
r
áðî
,
ìí
r
ôôý
,
ìí
iL
aN
K
bR
751,0
081,0
612,0
922,0
iL
+
aN
+
K
+
bR
+
910,0
820,0
950,0
370,0
860,0
890,0
331,0
941,0
F
lC
rB
J
930,0
370,0
780,0
701,0
F
-
lC
-
rB
-
J
-
040,0
470,0
980,0
901,0
331,0
181,0
691,0
022,0
                                     Òàáëèöà 8
               rîðá,              rîðá,   rýôô,          rîðá,           rîðá,    rýôô,
     Àòîì               Êàòèîí                    Àòîì           Àíèîí
               íì                 íì       íì            íì              íì        íì
     Li       0,157      Li+     0,019    0,068    F     0,039    F-     0,040   0,133
     Na       0,180      Na+     0,02 8   0,098    Cl    0,073    Cl-    0,074   0 ,1 8 1
     K        0,2 16     K+      0,059    0,133    Br    0,087    Br-    0,089   0,196
     Rb       0,2 2 9    Rb+     0,073    0,149    J     0,107    J-     0,109   0,2 2 0
   Èç ïðèâåäåííûõ äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî ïåðåõîä íåéòðàëüíîãî àòîìà â
êàòèîí ñîïðîâîæäàåòñÿ ðåçêèì óìåíüøåíèåì îðáèòàëüíîãî ðàäèóñà, òîã-
äà êàê îáðàçîâàíèå àíèîíà ïî÷òè íå èçìåíÿåò âåëè÷èíû îðáèòàëüíîãî
ðàäèóñà, ïîñêîëüêó ïðè ýòîì íå îáðàçóåòñÿ íîâîãî ýëåêòðîííîãî ñëîÿ.
   Ýôôåêòèâíûå ðàäèóñû êàòèîíîâ è àíèîíîâ ðåçêî ïðåâîñõîäÿò ïî âå-
ëè÷èíå îðáèòàëüíûå ðàäèóñû, ÷òî åùå ðàç ïîäòâåðæäàåò îòñóòñòâèå â
êðèñòàëëàõ 100-ïðîöåíòíûõ èîíîâ.
   Îäíîé èç âàæíåéøèõ ýíåðãåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê àòîìîâ ÿâëÿåò-
ñÿ ýíåðãèÿ èîíèçàöèè, òàê êàê õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ýëåìåíòà âî ìíî-
ãîì çàâèñÿò îò òîãî, íàñêîëüêî ïðî÷íî âàëåíòíûé ýëåêòðîí ñâÿçàí ñ
ÿäðîì. Ýòà ñâÿçü êàê ðàç è îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ýíåðãèè èîíèçàöèè
– ýíåðãèåé, êîòîðóþ íåîáõîäèìî çàòðàòèòü äëÿ îòðûâà ýëåêòðîíà îò àòî-
ìà, íàõîäÿùåãîñÿ â íîðìàëüíîì ñîñòîÿíèè.
   Ïðè îòðûâå ýëåêòðîíà àòîì ïðèîáðåòàåò ïîëîæèòåëüíûé
                                                     _
                                                            çàðÿä è ñòàíî-
âèòñÿ ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûì èîíîì: (M → M n+ +ne) . Ýíåðãèÿ èîíèçàöèè
ìîæåò áûòü âûðàæåíà â ëþáûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ åäèíèöàõ: êàëîðèÿõ (Êàë),
äæîóëÿõ (Äæ), ýëåêòðîíâîëüòàõ (ýÂ). ×àùå âñåãî åå èçìåðÿþò â ýëåêòðîíâîëü-
òàõ. Òàê, ýíåðãèÿ èîíèçàöèè âîäîðîäà ðàâíà 13,6 ýÂ (1ýÂ=1,602.10-19Äæ).
   ×àñòî ýíåðãèþ èîíèçàöèè îòîæäåñòâëÿþò ñ ïîòåíöèàëîì èîíèçàöèè.
Ýòî íå ñîâñåì òàê. Ïîä ïîòåíöèàëîì èîíèçàöèè ïîíèìàþò ðàçíîñòü ïî-
òåíöèàëîâ, ïîä âîçäåéñòâèåì êîòîðîé ýëåêòðîí ïðèîáðåòàåò ýíåðãèþ,
ñîîòâåòñòâóþùóþ ýíåðãèè èîíèçàöèè. Ïîýòîìó ýíåðãèÿ èîíèçàöèè ÷èñ-
ëåííî ðàâíà ïîòåíöèàëó èîíèçàöèè, âûðàæåííîìó â âîëüòàõ, (ïîòåíöè-
àë èîíèçàöèè âîäîðîäà ðàâåí 13,6 Â, à ýíåðãèÿ èîíèçàöèè 13,6 ýÂ)
   Äëÿ ìíîãîýëåêòðîííûõ àòîìîâ ðàññìàòðèâàþò íåñêîëüêî ýíåðãèé èîíè-
çàöèè J1, J2 Jn ñîîòâåòñòâóþùèõ óäàëåíèþ èç àòîìà ïåðâîãî, âòîðîãî è ò.ä.
ýëåêòðîíîâ. Ïðè ýòîì ýíåðãèÿ èîíèçàöèè êàæäîãî ïîñëåäóþùåãî “îñâîáîæ-
äàþùåãîñÿ” ýëåêòðîíà ðåçêî âîçðàñòàåò, ÷òî ñâÿçàíî ñ âîçðàñòàíèåì ñâÿçè
ýëåêòðîíà ñ ÿäðîì ïðè ðàñòóùåì çàðÿäå ïîëîæèòåëüíîãî èîíà.
   Âåëè÷èíó ýíåðãèè èîíèçàöèè îáû÷íî îïðåäåëÿþò íà îñíîâàíèè äàí-
íûõ ñïåêòðàëüíîãî àíàëèçà. Îíà ñâÿçàíà ñ ïîðÿäêîâûì íîìåðîì ýëåìåí-
òà Z è åãî ãëàâíûì êâàíòîâûì ÷èñëîì n ñëåäóþùèì ñîîòíîøåíèåì:

46