元素第一電離能的周期性變化

在化學選修課《物質結構與性質》中，對“元素第一電離能的周期性變化”的學習是建立在學生以前學習元素性質的遞變規律的認知水平上引申的一小部分內容，但其作用卻是解決我們很熟悉的問題，如衡量金屬元素原子失電子能力的強弱和解釋不同金屬離子呈現的不同價態等。

在“元素第一電離能的周期性變化”的學習中，經分析元素周期表中第一電離能的變化，可得第一電離能在周期表中的遞變規律：

同周期，從左至右，元素第一電離能呈現增大趨勢。

同主族，從上至下，元素第一電離能逐漸減小。

那么，在講解這一規律的時候，怎樣向學生解釋第一電離能的遞變性呢？我們不能單單讓學生死記這條規律，所以我們應從結構方面入手，增加對第一電離能大小的影響因素的講解。

第一電離能的大小主要取決原子的有效核電荷、原子半徑以及原子的電子構型。

一般來說，同周期元素的原子第一電離能的大小，有效核電荷起主要作用。同周期元素具有相同的電子層數，從左到右有效核電荷增大，原子半徑減小，核對外層電子的引力增大，因此，越靠右的元素，越不易失去電子，電離能也就越大。

同主族元素電子層數不同，最外層電子數相同原子半徑增大起主要作用，因此，半徑越大，核對電子引力越小，越易失去電子，電離能也就越小。

電子構型是影響電離能的第三個因素。電子構型能很好地解釋各周期中稀有氣體元素的電離能最大及某些元素的電離能的反常現象。如：

稀有氣體Ne的軌道表示式：

第二周期元素N的軌道表示式：

以上兩元素原子核外電子排步在p軌道上形成全滿和半滿結構，原子的能量較低，所以，Ne元素具有較大的第一電離能；而N元素的第一電離能要比同周期的O元素大，不遵循第一電離能在周期表中的遞變規律。這就需要用到洪特規則的特例：

通常情況下，當原子核外電子排步在能量相等的軌道上形成全空（p0、d0、f0）、半滿（p3、d5、f7）和全滿（p6、d10、f14）結構時，原子的能量較低，該元素具有較大的第一電離能。

實際上除了N元素外，在短周期還有Be、Mg、P等這些元素也可以用電子構型來解釋第一電離能反常變大的情況。

但是，在用這規則的時候，學生往往出現一些誤區。如：如何解釋鎂的第一電離能大于鋁？學生大都認為鎂的價電子排布式為3S2，為全滿結構，而鋁的價電子排布式為3S23P1，所以鎂原子較鋁更穩定，第一電離能較大。實際上，在運用洪特規則特例解釋類似上述問題時，應該比較相同類型軌道的電子排布是全空、半滿還是全滿。如：鎂的價電子排布為3S23P0，3P軌道為全空結構，相對于鋁的3P軌道來說，能量更低更穩定，第一電離能更大。

通過以上分析后，學生能更好地對第一電離能的遞變規律加以理解和掌握。

（山東省膠州市第二中學）