淺談A Level 化學中電離能的影響因素及變化趨勢與普高教學的差異

摘要：本文通過比較AL化學教材與普高選修三教材中有關電離能的影響因素及變化趨勢，說明AL化學中的有關內容講解較為詳實，易于理解，教學效果較好。

關鍵詞：AL化學；電離能；影響因素；變化趨勢

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B 文章編號：1672-1578（2018）28-0179-01

本人大學畢業(yè)后就一直從事高中化學教學，2013年在我校成立了國際部后很有幸能夠從事A Level化學教學。在英文原版A Level教材中，我接觸到了一些普高教學中沒有講過的理論和一些比較前沿的新穎的知識，并且我發(fā)現(xiàn)在用這些理論給學生講解時學生們不僅理解得更透徹而且擴充了知識面，其中我印象比較的是電離能的影響因素和變化趨勢，下面就談一下以上兩方面的問題與您共勉。第一電離能的定義是氣態(tài)基態(tài)電中性原子失去一個電子轉化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量。電離能的大小反映了金屬元素的失電子能力即金屬性的強弱。在選修3物質結構與性質一書中，僅僅在17頁講述了電離能的定義以及同周期同主族電離能的變化趨勢，并沒有講原因。全文加上兩幅圖片僅用了一頁半的篇幅。而在A Level 化學教材中用8開的書講了4頁。

本書首先講了影響電離能的三個因素（Three factors that influence ionization energies ），原子的核電荷數(shù)；電子離原子核的距離和內層電子的屏蔽效應。其中The first is the size of the nuclear charge （即原子的核電荷數(shù)），電離能隨著質子數(shù)的增加而增加。原因是隨著質子數(shù)增加，原子核內的正性越強，則原子核對外層電子的引力越大，因此如果失去一個電子需要克服這個吸引力所需要的能量越多，則電離能越大。

The second is distance of outer electrons from the nucleus（即外層電子離核的距離），外層電子離原子核越遠，電離能越小。因為當他們的距離增加后，正負電荷之間的吸引力迅速減小。因此，電子離原子核越遠，失電子能力越強，則電離能越小。

The third is shielding effect of inner electrons（內層電子的屏蔽效應）。屏蔽效應是由于其它電子對某一電子的排斥作用而抵消了一部分核電荷，從而引起有效電荷降低，削弱了核電荷對該電子的吸引。因為電子層越多，內層電子對外層電子的屏蔽越大，外層電子對原子核的吸引力越小。

那么，電離能的變化趨勢如何呢？

⑴同周期從左至右電離能的變化趨勢是怎樣的？

同周期從左至右電離能的變化趨勢是呈增大趨勢。在講本部分內容的時候，建議先講電離能的影響因素，讓學生自己分析其變化趨勢。實踐證明學生學生分析分析掌握較好。因為同周期從左至右核電荷數(shù)增加，原子核離外層電子的距離不變，內層電子的屏蔽保持不變。因此電離能隨著質子數(shù)的增加而增加。

⑵同主族元素從上往下電離能的變化趨勢是怎樣的？

同主族元素從上往下電離能的變化趨勢是迅速減小。因為原子核離外層電子的距離增加；內層電子的屏蔽效應增加；這兩個因素超過了核電荷數(shù)的增加，而距離增加和屏蔽效應增加都會引起電離能減小。

⑶那么鈹（Be）和 硼 （B） 的誰的電離能強？

在普高選修三中講的是由于鈹?shù)碾娮訉咏Y構的2p亞層沒有電子，而硼的電子層結構的2p亞層只有一個電子，根據(jù)洪特規(guī)則的特例，在等價軌道上（同一能級）如s， p， d， f亞層電子排布處于全空，半充滿和全充滿狀態(tài)時，該元素的原子具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。例如24號鉻元素的電子層結構是[Ar]3d54s1，而不是[Ar] 3d44s2，銅的電子層結構是[Ar]3d104s1而不是[Ar] 3d94s2。由于鈹?shù)?p亞層處于全空狀態(tài)，因此鈹較硼穩(wěn)定而電離能鈹比硼稍微大一點。

而在AL化學中是這樣講解的：由于鈹?shù)耐芷陔婋x能呈增大趨勢，那么鈹?shù)碾娯撔员扰鹕晕⑿∫稽c。因為原子核離外層電子的距離稍微增加了一點；內層電子的屏蔽效應稍微增加了一點；以上兩個因素都超過了核電荷數(shù)的增加，因此，電離能鈹（Be）比硼 （B） 的電離能稍微大一點。

⑷那么氮和氧的電離能誰大呢？

在普高選修三中講的是由于氧的電子層結構的2p亞層有4個電子，而氮的電子層結構的2p亞層只有3個電子，處于半充滿狀態(tài)。根據(jù)洪特規(guī)則的特例，因此氮原子的電子層結構比氧穩(wěn)定而電離能氮比氧稍微大一點。

而在AL化學中是這樣講解的：氧原子比氮原子多一個質子和電子，因此你會認為氧的電離能大于氮。然而，額外的成對電子自旋的排斥使得失去該原子軌道的電子需要較少的能量。因為氮的電子層結構是1s22s22p3，氮原子的2p亞層上3個電子分占了3個不同的軌道。而氧的電子層結構是1s22s22p4，其中一個2p亞層的軌道中有2個電子，即有一對成對電子。這一對電子在同一軌道中都帶負電它們之間存在較大的斥力，失去這個電子較為容易。因此氮原子的電離能比氧原子大。

綜上所述，電離能的知識在高中階段是學生學習是難點，通過具體分析電離能的影響因素讓學生自己分析電離能的變化趨勢，教學效果良好。著名教育教葉圣陶說：“教師教各種學科，其最終目的在達到不復需教，而學生能自為研索、自求解決。”不教之教，是真正的教，最大的教，是教學的最高境界。

作者簡介：余江柳；碩士研究生學歷，中學教師一級；研究方向：高中化學教學。重要榮譽：本文收錄到教育理論網(wǎng)。