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結構生物化學/電離能

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電離能是指從氣態原子中移去一摩爾電子所需的最小能量。第一次電離能是指移去一個電子的能量,因此可以注意到“第n次”電離能是指在之前移除了(n-1)個電子之後,移去原子第n個電子所需的能量。第一次電離能是化學反應中一個重要的因素,因為電離能低的原子在反應中往往成為陽離子,而電離能高的原子(稀有氣體除外)往往會轉化為陰離子。

如果電離能很高,這意味著移去最外層電子需要大量的能量。如果電離能很低,這意味著移去最外層電子只需要少量的能量。

隨著核電荷的增加,原子核與電子之間的吸引力也隨之增加,因此移去最外層電子所需的能量也更多,這意味著電離能更高。在週期表中,核電荷是最重要的考慮因素。因此,在週期表中,由於核電荷的增加,電離能會增加。

電離能與原子半徑成反比關係。隨著原子尺寸的減小,移去電子所需的能量會增加。

週期變化

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檔案:Ionization Energy 3.png
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電離能往往在週期中增加,這是因為質子數量增加,對軌道電子的吸引力更有效,從而使移去電子所需的能量增加。

檔案:Ionization Energy 2.png
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族變化

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電離能往往在族中下降,這是因為移去外層電子所需的能量比移去內層電子所需的能量更少。週期表中第 3A 族(過渡元素後的族)的電離能是一個例外,因為它沒有從鋁 (Al) 增加到鉈 (Tl)。

隨著我們向下移動週期表,電子離原子核更遠,導致原子變大,電離能降低。

電離能的重要性及其意義

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在大多數化學反應中,明確理解電離能對於理解為什麼某些鍵會形成以及與它們相關的能量至關重要。它還提供對各種原子如何相互形成共價鍵或離子鍵的理解。例如,鈉的鹼金屬的電離能約為 5000 kJ/mol。氯原子的電離能約為 1200 kJ/mol。在建立氯化鈉配合物時,它們電離能的差異非常大,以至於化學上它們可以結合成離子鍵,即化學中已知的鍵中最強的鍵。但是,當您開始看到電離能彼此非常接近的原子化合物時,我們就會開始看到越來越弱的鍵。例如,碳和氯的電離能彼此非常接近,這決定了它們的鍵型為共價鍵,即化學中第二強的鍵。關於鍵能和鍵強度的通用規則是,兩種元素在週期表上越接近,它們之間的鍵就越弱。

參考文獻

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  1. Silberberg, Martin S. Principles of General Chemistry. Boston: McGraw-Hill Higher Education, 2007. Print.
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