Time: %h~:~%m
|
01.01.15
Конкурс РФФИ 2015 года
Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) проводит конкурс проектов участия российских ученых в научных мероприятиях, проводимых за рубежом 2012 года. Заявки принимаются до 01.11.2015 Внимание Вышла в продажу вторая редакция книги "Twenty-First Century. General Chemistry" 
|
Home / Учебник ОБЩАЯ ХИМИЯ / Глава 2. Атомная Структура / Энергия ионизации атома Энергия ионизации атомаВажным энергетическим параметром для изучения химических процессов является энергия ионизации атома. Применительно к атому водорода это энергия, которую необходимо затратить, для того чтобы оторвать электрон от протона. Она равна сумме потенциальной энергии системы и кинетической энергии электрона. Ea= E+T= -Z.e/2.R, (2.7) где Ea -энергия атома водорода. Из формулы (2.7) следует, что уменьшение расстояния между электроном и ядром и увеличение заряда ядра означают увеличение силы притяжения электрона к ядру. То есть, потребуется больше энергии для отрыва электрона от ядра. Чем больше энергии требуется для разрыва этой связи, тем более стабильна система. Следовательно, если разрушение связи (отделение электрона от ядра) в одной системе требует больше энергии, чем в другой, то первая система более стабильна. Энергия ионизации атома - та энергия, что требуется для разрыва связей в атоме водорода, была определена экспериментально. Она равна 13,6 эВ (электронвольт). Также экспериментально была определена энергия, необходимая для отрыва электрона от ядра в атоме, состоящем из одного электрона и ядра, заряд которого в два раза больше, заряда ядра атома водорода. В этом случае необходимо затратить в четыре раза больше энергии (54,4 эВ). Как известно из электростатики, энергия (Т), необходимая для разрыва связи между противоположенными зарядами (Z и е), находящимися друг от друга на расстоянии R, определяется равенством T=Z.e/R (2.8) Она пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Такая корреляция вполне понятна: чем больше заряды, тем сильнее их притяжение друг к другу, следовательно, больше энергии требуется для разрыва связи между ними. И чем меньше расстояние между ними, тем больше энергии придется затратить на разрушение связи. Благодаря этому становится понятным, почему атомная система, где заряд ядра в два раза больше, чем заряд ядра в атоме водорода, более стабильна и требует больше энергии для отрыва электрона. Однако, следующий вопрос требует дополнительного разъяснения:
Это особенно необъяснимо, если мы вернемся к равенству (2.1), в соответствие с которым увеличение заряда в два раза приводит к увеличению требуемой для разрыва энергии тоже в два раза, а не к возведению в квадрат. Эта несоответствие объясняется следующим образом: в системе, где заряды Z и е находятся в состоянии покоя относительно друг друга, энергия Т действительно пропорциональна Z. Соответственно, при увеличении заряда ядра энергия Т увеличивается прямо пропорционально. Но в отличие от такой системы, в атоме, где электрон с зарядом е вращается вокруг ядра с зарядом Z, и заряд Z увеличивается, радиус вращения R пропорционально уменьшается. Это происходит потому, что электрон притягивается к ядру с большей силой.
Далее мы рассмотрим первую энергию ионизации (ПЭИ) атома для первых 20 элементов таблицы. Энергия ионизации атома |
Почему при увеличении заряда ядра в два раза количество энергии, необходимой для разрыва связи между ядром и электроном (энергия ионизация атома), увеличивается в четыре раза, что равно квадрату значения удвоенного заряда ядра (54,4/13,6=4)?