§ 25. Поняття про енергію йонізації та спорідненість до електрона

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

який вид енергії називають енергією йонізації;
що таке спорідненість атома до електрона.

Щоб розуміти властивості хімічного елемента, важливо знати, наскільки міцно утримуються електрони в його атомі. Міцність зв’язку електрона з ядром оцінюють за значенням енергії йонізації атома (E_й).

Кількість енергії, необхідної для відриву електрона від незбудженого атома з перетворенням його на позитивно заряджений йон, називають енергією йонізації.

Атоми таких елементів, як Не, Ne, Ar, Кr, мають завершені, тобто максимально заповнені електронами зовнішні енергетичні рівні й підрівні, а тому не вступають у хімічні реакції.

В атомів усіх інших елементів перших чотирьох періодів незавершеними є зовнішні, а в атомів d-елементів, наприклад металічних елементів Sc, Ті, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, ще й передзовнішні енергетичні рівні. Тому для завершення енергетичних рівнів атоми металічних елементів у хімічних реакціях віддають свої електрони й перетворюються при цьому на позитивно заряджені йони. Насамперед атоми позбавляються електронів, що перебувають на зовнішньому енергетичному рівні й через це найслабкіше зв’язані з ядром. Таку спроможність атомів віддавати електрони вважають мірою металічності елемента.

Порівнюють металічні властивості елементів саме за енергією йонізації: чим менше значення енергії йонізації, тим легше електрон відірвати від атома. Найменшу енергію йонізації мають лужні металічні елементи.

Як видно (рис. 34), енергія йонізації збільшується більш-менш постійно вздовж періоду періодичної системи зліва направо зі збільшенням заряду ядра, досягаючи максимального значення для інертного газу. У разі переходу до лужного металічного елемента його енергія йонізації різко зменшується, а далі, зі збільшенням атомного номера елемента в періоді, знов поступово збільшується. У головних підгрупах значення енергії йонізації зменшується зверху вниз. Чим більший радіус атома та менша кількість електронів міститься на зовнішньому енергетичному рівні, тим слабкіше утримується електрон і відповідно тим менше значення енергії йонізації. Отже, значення енергії йонізації періодично змінюється подібно до змінення хімічних властивостей елементів.

Рис. 34. Залежність енергії йонізації (в електронвольтах* на атом) від атомного номера елемента

* 1еВ = 1,6 · 10^-19 Дж.

На відміну від атомів металічних елементів, атоми неметалічних елементів на зовнішньому енергетичному рівні мають чотири (крім Бору) або більше електронів. Через це сила їхнього притягання до ядра значно більша, ніж в атомів металічних елементів. Тому в хімічних реакціях атоми неметалічних елементів намагаються приєднати електрони для завершення зовнішніх енергетичних рівнів і перетворюються на негативно заряджені йони. Спроможність атомів елементів приєднувати електрони вважають мірою неметалічності. Для порівняння неметалічних властивостей елементів використовують величину, яку називають спорідненістю до електрона (E_c).

Кількість енергії, яка виділяється внаслідок приєднання електрона до атома з перетворенням його на негативно заряджений йон, називають спорідненістю до електрона.

У періодах і групах періодичної системи спорідненість атомів до електрона в елементів також змінюється закономірно, залежно від їхньої електронної будови.

Спорідненість до електрона металічних елементів є негативною величиною й указує на те, що приєднання атомами електронів — енергетично невигідний процес. Спорідненість до електрона атомів неметалічних елементів є завжди позитивною величиною і тим більшою, чим ближче до інертного (благородного) елемента в періодичній системі розміщений неметалічний елемент. Найбільшу спорідненість до електрона мають типові неметали, найменшу — типові метали. Елементи з напівзаповненим зовнішнім р-підрівнем (Ν, Р, As) також мають невисоку спорідненість до електрона.

Доповнимо поняття електронегативності, яке ми розглянули в § 22. Віддача чи приєднання електронів атомами тих чи інших елементів відбувається зазвичай під час хімічної взаємодії. Яка ж властивість у взаємодіючих атомів (віддавати чи приєднувати електрони) переважає? Для того щоб відповісти на це запитання, треба враховувати як енергію йонізації, так і спорідненість до електрона. Саме такою комплексною характеристикою і є електронегативність елемента. Її визначають як півсуму числових значень енергії йонізації та спорідненості до електрона атома даного елемента. У розрахунках використовують зазвичай відносну електронегативність. Для цього електронегативність лужного металу Літію беруть за одиницю й порівнюють з нею електронегативність інших елементів.

Запитання та завдання

°1. Що називають енергією йонізації? Які властивості елемента вона характеризує?

2. Укажіть, як змінюється енергія йонізації атомів елементів уздовж ряду в періодичній системі; уздовж підгруп.

°3. Що називають спорідненістю до електрона? Які властивості елемента вона характеризує?

*4. Як змінюється спорідненість до електрона атомів елементів у підгрупах і періодах?

5. У яких елементів найбільше значення спорідненості до електрона?

*6. Поясніть, у якого з елементів другої групи головної підгрупи — Магнію чи Кальцію — сильніше виявляються властивості металу та чому. Відповідь підтвердьте, склавши схеми будови атомів.

*7. Поясніть, у якого з елементів третього періоду — Натрію чи Магнію — сильніше виявляються властивості металу та чому. Відповідь підтвердьте, склавши схеми будови атомів.

Зміст

Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України