Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 8 клас. Бутенко

§ 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 (Eй).

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 (Ec).

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.