电离能是重要的原子参数，它可以说明原子的核外电子配布、元素的氧化态、金属性及电负性等。原子或正离子失去一个电子所需的能量，称为电离能或电离势。由气态原子失去一个电子，形成气态1价正离子所需的能量，称为第一电离能，简称电离能。 [4]
- 中文名
- 电离能
- 外文名
- Ionization Energy
- 定 义
- 原子失去电子变为离子所需的能量
- 涉及领域
- 化学、物理
- 单 位
- kJ·mol-1
定义
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元素基态的气态原子失去个电子而变成气态+1价阳离子，这时要吸收的能量叫做元素的第一电离能（I1），通常叫做电离能，又叫电离势。由气态+1价阳离子再失去1个电子而变成气态+2价阳离子，这时要吸收的能量叫做第二电离能（I2），以下I3、I4等可以依此类推。逐级电离能逐步升高。用X射线作为激发光源照射到样品上，使元素原子中某个“轨道”上的电子突然受光激发，这时原子中其他电子的运动按理都要发生变化。假定这些其他电子来不及调整它们的运动状态而被“冻结”在各自的轨道上，于是被激轨道上的电子的结合能就近似等于该轨道能的绝对值，也就是该电子的电离能由中性原子失去的第一个电子，是指从基态原子中失去处于最高能级的那个电子。一般电子所处轨道的轨道能随主量子数n的增大而升高，而电离能却随之降低，即表示该电子越容易失去用元素的I1可以衡量元素金属性的强弱。I1越小，原子越容易失去电子，该元素的金属性越强。用元素的I1可以衡量元素金属性的强弱。I1越小，原子越容易失去电子，该元素的金属性越强元素的电离能表征原子核外电子的行为，因而它必定呈现周期性变化。一般说，同一周期元素的I1基本上随原子序数的递增而增大，同一主族元素的I1从上到下一般趋于减小，这些都和元素金属性递变规律一致。有时候也有些反常和交错的现象，这跟过渡元素和锕系元素半径的收缩或出现轨道全充满、半充满状态等因素有关。 [1]
原子状态
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化学工作者发现，气态氢原子的1s电子，若得到13.6eV的能量，将从基态跃迁到n=∞的高能级，成为自由电子；氢原子失去一个电子变为正一价的气态阳离子。氢的电离能（I1）为13.6eV。又如典型碱金属Na的电离能为5.139eV（I1），表示只需5.139eV的能量，Na原子将失去最外层的一个电子，变成金属阳离子。而5.139eV <13.6eV，可见Na金属性很强。相应的非金属元素，如氟的第1电离能为17.422eV，比氢I1还要大，且远比Na的I1大，足以说明氟不可能显金属性，氟的电子亲合能为327.9kJ·mol-1，表示氟原子加合一个电子时，要放出327.9kJ·mol-1的能量，即它得电子的能力很强，是典型的非金属性元素。对于元素游离态原子的非金属性与金属性，在化学实践中，更多的要讨论在分子环境中原子吸引电子能力的强弱，这时就要用到电负性的概念。这个统一的标准可以把金属元素与非金属元素放到一起，综合考察它们的性质及在元素周期表中的递变规律。前面提到的Na，它的电负性为0.9，而F的电负性为4.0，是所有元素中最大的，当然也是非金属性最强的元素。又据鲍林标度大体规律，金属元素的电负性在～2.0以下，非金属元素的电负性在～2.0以上。这样判断元素的这两种性质有了统一尺度，而且两种不同元素间也有分界。
由此可见，元素的金属性和非金属性与上述三者性质紧密结合在一起了。元素的电离能、电子亲合能、电负性作为判断元素金属性与非金属性的定量尺度发挥着重要作用。然而，化学理论产生于化学实践。为了度量元素在水溶液中金属性与非金属性强弱，我们又引入了元素电极电势的概念。对于金属元素，如铜半电池的标准电极电势为+0.3419V，锌半池的标准电极势为-0.7618V，显然0.3419>(-0.7618V)，即锌比铜金属性强。锌的电极电势比铜的电极电势小得多，金属锌是较强的还原剂，而锌离子能在溶液中较稳定地存在，是弱氧化剂。相反，Cu是比Zn较强的氧化剂，而金属铜是比金属锌更弱的还原剂。这样，在水溶液中讨论元素金属性或非金属性强弱就必须用到元素的电极电势。 [2]
上述提四个概念在是两种环境下（气态环境和在水溶液中）考察元素金属性与非金属性强弱的重要的定量标准。
基本概念
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原子轨道能
电子在其它各电子的屏蔽下所处轨道的能量状态，与其他电子的能量无关。电子所处轨道的能量，一方面受核电荷的吸引，使能量降低，同时又受内层或同层能量相近的其它电子的屏蔽，又增加了势能，使能量升高；另一方面，当被讨论电子所处轨道的主量子数n>3时，电子波钻入内层的几率小峰逐次增多，使电子的平均能量相应降低了，相当于使主量子数部分地减小了。如果说有效核电荷来自屏蔽效应，那么有效主量子数就来自钻穿效应。因而对多电子原子或离子的轨道能就需要用有效核电荷Z和有效主量子数n进行计算。
轨道能
原子轨道能实际上就是运动在该轨道上的单个电子的能量。由于运动在简并轨道上的各电子的能量是相等的，所以简并轨道中电子的总能量就等于轨道能与电子数之乘积。
电离电子
电离能和电子亲合能分别是指每摩尔气态原子或离子电离或接收1电子时体系能量的变化值，而原子或离子体系的能量又完全体现在原子或离子中所含电子的总能量上，所以在计算电离能或电子亲合能时，必须首先分别计算出变化前后原子或离子体系的能量之后，才可计算电离能或电子亲合能。 [3]
电离能列表
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符号 | 名称 | 第一电离能 | 第二电离能 | 第三电离能 | 第四电离能 | 第五电离能 | 第六电离能 | 第七电离能 | 第八电离能 | 第九电离能 | 第十电离能 |
H | 氢 | 1312.0 | |||||||||
He | 氦 | 2372.3 | 5250.5 | ||||||||
Li | 锂 | 520.2 | 7298.1 | 11815 | |||||||
Be | 铍 | 899.5 | 1757.1 | 14849 | 21007 | ||||||
B | 硼 | 800.6 | 2427.1 | 3659.7 | 25026 | 32827 | |||||
C | 碳 | 1086.5 | 2352.6 | 4620.5 | 6222.7 | 37831 | 47277 | ||||
N | 氮 | 1402.3 | 2856 | 4578.1 | 7475.0 | 9445 | 53267 | 64360 | |||
O | 氧 | 1313.9 | 3388.3 | 5300.5 | 7469.2 | 10990 | 13327 | 71330 | 84078 | ||
F | 氟 | 1681.0 | 3374.2 | 6050.4 | 8407.7 | 11023 | 15164 | 17868 | 92038 | 106434 | |
Ne | 氖 | 2080.7 | 3952.3 | 6122 | 9371 | 12177 | 15238 | 19999 | 23070 | 115380 | 131432 |
Na | 钠 | 495.8 | 4562 | 6910.3 | 9543 | 13354 | 16613 | 20117 | 25496 | 28932 | 141362 |
Mg | 镁 | 737.7 | 1450.7 | 7732.7 | 10543 | 13630 | 18020 | 21711 | 25661 | 31653 | 35458 |
Al | 铝 | 577.5 | 1816.7 | 2744.8 | 11577 | 14842 | 18379 | 23326 | 27465 | 31853 | 38473 |
Si | 硅 | 786.5 | 1577.1 | 3231.6 | 4355.5 | 16091 | 19805 | 23780 | 29287 | 33878 | 38726 |
P | 磷 | 1011.8 | 1907 | 2914.1 | 4963.6 | 6273.9 | 21267 | 25431 | 29872 | 35905 | 40950 |
S | 硫 | 999.6 | 2252 | 3357 | 4556 | 7004.3 | 8495.8 | 27107 | 31719 | 36621 | 43177 |
Cl | 氯 | 1251.2 | 2298 | 3822 | 5158.6 | 6542 | 9362 | 11018 | 33604 | 38600 | 43961 |
Ar | 氩 | 1520.6 | 2665.8 | 3931 | 5771 | 7238 | 8781 | 11995 | 13842 | 40760 | 46186 |
K | 钾 | 418.8 | 3052 | 4420 | 5877 | 7975 | 9590 | 11343 | 14944 | 16964 | 48610 |
Ca | 钙 | 589.8 | 1145.4 | 4912.4 | 6491 | 8153 | 10496 | 12270 | 14206 | 18191 | 20385 |
Sc | 钪 | 633.1 | 1235.0 | 2388.6 | 7090.6 | 8843 | 10679 | 13310 | 15250 | 17370 | 21726 |
Ti | 钛 | 658.8 | 1309.8 | 2652.5 | 4174.6 | 9581 | 11533 | 13590 | 16440 | 18530 | 20833 |
V | 钒 | 650.9 | 1414 | 2830 | 4507 | 6298.7 | 12363 | 14530 | 16730 | 19860 | 22240 |
Cr | 铬 | 652.9 | 1590.6 | 2987 | 4743 | 6702 | 8744.9 | 15455 | 17820 | 20190 | 23580 |
Mn | 锰 | 717.3 | 1509.0 | 3248 | 4940 | 6990 | 9220 | 11500 | 18770 | 21400 | 23960 |
Fe | 铁 | 762.5 | 1561.9 | 2957 | 5290 | 7240 | 9560 | 12060 | 14580 | 22540 | 25290 |
Co | 钴 | 760.4 | 1648 | 3232 | 4950 | 7670 | 9840 | 12440 | 15230 | 17959 | 26570 |
Ni | 镍 | 737.1 | 1753.0 | 3395 | 5300 | 7339 | 10400 | 12800 | 15600 | 18600 | 21670 |
Cu | 铜 | 745.5 | 1957.9 | 3555 | 5536 | 7700 | 9900 | 13400 | 16000 | 19200 | 22400 |
Zn | 锌 | 906.4 | 1733.3 | 3833 | 5731 | 7970 | 10400 | 12900 | 16800 | 19600 | 23000 |
Ga | 镓 | 578.8 | 1979.3 | 2963 | 6180 | ||||||
Ge | 锗 | 762 | 1537.5 | 3302.1 | 4411 | 9020 | |||||
As | 砷 | 947.0 | 1798 | 2735 | 4837 | 6043 | 12310 | ||||
Se | 硒 | 941.0 | 2045 | 2973.7 | 4144 | 6590 | 7880 | 14990 | |||
Br | 溴 | 1139.9 | 2103 | 3470 | 4560 | 5760 | 8550 | 9940 | 18600 | ||
Kr | 氪 | 1350.8 | 2350.4 | 3565 | 5070 | 6240 | 7570 | 10710 | 12138 | 22274 | 25880 |
Rb | 铷 | 403.0 | 2633 | 3860 | 5080 | 6850 | 8140 | 9570 | 13120 | 14500 | 26740 |
Sr | 锶 | 549.5 | 1064.2 | 4138 | 5500 | 6910 | 8760 | 10230 | 11800 | 15600 | 17100 |
Y | 钇 | 600 | 1180 | 1980 | 5847 | 7430 | 8970 | 11190 | 12450 | 14110 | 18400 |
Zr | 锆 | 640.1 | 1270 | 2218 | 3313 | 7752 | 9500 | ||||
Nb | 铌 | 652.1 | 1380 | 2416 | 3700 | 4877 | 9847 | 12100 | |||
Mo | 钼 | 684.3 | 1560 | 2618 | 4480 | 5257 | 6640.8 | 12125 | 13860 | 15835 | 17980 |
Tc | 锝 | 702 | 1470 | 2850 | |||||||
Ru | 钌 | 710.2 | 1620 | 2747 | |||||||
Rh | 铑 | 719.7 | 1740 | 2997 | |||||||
Pd | 钯 | 804.4 | 1870 | 3177 | |||||||
Ag | 银 | 731.0 | 2070 | 3361 | |||||||
Cd | 镉 | 867.8 | 1631.4 | 3616 | |||||||
In | 铟 | 558.3 | 1820.7 | 2704 | 5210 | ||||||
Sn | 锡 | 708.6 | 1411.8 | 2943.0 | 3930.3 | 7456 | |||||
Sb | 锑 | 834 | 1594.9 | 2440 | 4260 | 5400 | 10400 | ||||
Te | 碲 | 869.3 | 1790 | 2698 | 3610 | 5668 | 6820 | 13200 | |||
I | 碘 | 1008.4 | 1845.9 | 3180 | |||||||
Xe | 氙 | 1170.4 | 2046.4 | 3099.4 | |||||||
Cs | 铯 | 375.7 | 2234.3 | 3400 | |||||||
Ba | 钡 | 502.9 | 965.2 | 3600 | |||||||
La | 镧 | 538.1 | 1067 | 1850.3 | 4819 | 5940 | |||||
Ce | 铈 | 534.4 | 1050 | 1949 | 3547 | 6325 | 7490 | ||||
Pr | 镨 | 527 | 1020 | 2086 | 3761 | 5551 | |||||
Nd | 钕 | 533.1 | 1040 | 2130 | 3900 | ||||||
Pm | 钷 | 540 | 1050 | 2150 | 3970 | ||||||
Sm | 钐 | 544.5 | 1070 | 2260 | 3990 | ||||||
Eu | 铕 | 547.1 | 1085 | 2404 | 4120 | ||||||
Gd | 钆 | 593.4 | 1170 | 1990 | 4250 | ||||||
Tb | 铽 | 565.8 | 1110 | 2114 | 3839 | ||||||
Dy | 镝 | 573.0 | 1130 | 2200 | 3990 | ||||||
Ho | 钬 | 581.0 | 1140 | 2204 | 4100 | ||||||
Er | 铒 | 589.3 | 1150 | 2194 | 4120 | ||||||
Tm | 铥 | 596.7 | 1160 | 2285 | 4120 | ||||||
Yb | 镱 | 603.4 | 1174.8 | 2417 | 4203 | ||||||
Lu | 镥 | 523.5 | 1340 | 2022.3 | 4370 | 6445 | |||||
Hf | 铪 | 658.5 | 1440 | 2250 | 3216 | ||||||
Ta | 钽 | 761 | 1500 | ||||||||
W | 钨 | 770 | 1700 | ||||||||
Re | 铼 | 760 | 1260 | 2510 | 3640 | ||||||
Os | 锇 | 840 | 1600 | ||||||||
Ir | 铱 | 880 | 1600 | ||||||||
Pt | 铂 | 870 | 1791 | ||||||||
Au | 金 | 890.1 | 1980 | ||||||||
Hg | 汞 | 1007.1 | 1810 | 3300 | |||||||
Tl | 铊 | 589.4 | 1971 | 2878 | |||||||
Pb | 铅 | 715.6 | 1450.5 | 3081.5 | 4083 | 6640 | |||||
Bi | 铋 | 703 | 1610 | 2466 | 4370 | 5400 | 8520 | ||||
Po | 钋 | 812.1 | |||||||||
At | 砹 | 899 | |||||||||
Rn | 氡 | 1037 | |||||||||
Fr | 钫 | 380 | |||||||||
Ra | 镭 | 509.3 | 979.0 | ||||||||
Ac | 锕 | 499 | 1170 | 1900 | 4700 | ||||||
Th | 钍 | 587 | 1110 | 1978 | 2780 | ||||||
Pa | 镤 | 568 | 1128 | 1814 | 2991 | ||||||
U | 铀 | 597.6 | 1420 | 1900 | 3145 | ||||||
Np | 镎 | 604.5 | 1128 | 1997 | 3242 | ||||||
Pu | 钚 | 584.7 | 1128 | 2084 | 3338 | ||||||
Am | 镅 | 578 | 1158 | 2132 | 3493 | ||||||
Cm | 锔 | 581 | 1196 | 2026 | 3550 | ||||||
Bk | 锫 | 601 | 1186 | 2152 | 3434 | ||||||
Cf | 锎 | 608 | 1206 | 2267 | 3599 | ||||||
Es | 锿 | 619 | 1216 | 2334 | 3734 | ||||||
Fm | 镄 | 627 | 1225 | 2363 | 3792 | ||||||
Md | 钔 | 635 | 1235 | 2470 | 3840 | ||||||
No | 锘 | 642 | 1254 | 2643 | 3956 | ||||||
Lr | 铹 | 470 | 1428 | 2228 | 4910 | ||||||
Rf | 鑪 | 579.9 | 1389.4 | 2296.4 | 3077.9 | ||||||
Db | 钅杜 | 664.8 | 1546.7 | 2378.4 | 3298.8 | 4305.2 | |||||
Sg | 钅喜 | 757.4 | 1732.9 | 2483.5 | 3415.6 | 4561.8 | 5715.8 | ||||
Bh | 钅波 | 742.9 | 1688.5 | 2566.5 | 3598.9 | 4727.8 | 5991.7 | 7226.8 | |||
Hs | 钅黑 | 733.3 | 1756.0 | 2827.0 | 3637.5 | 4940.0 | 6175.1 | 7535.5 | 8857.4 | ||
Mt | 䥑 | 800.8 | 1823.6 | 2904.2 | 3859.4 | 4920.8 | |||||
Ds | 鐽 | 955.2 | 1891.1 | 3029.6 | 3955.9 | 5113.7 | |||||
Rg | 錀 | 1022.7 | 2074.4 | 3077.9 | 4052.4 | 5306.7 | |||||
Cn | 鎶 | 1154.9 | 2170.0 | 3164.7 | 4245.4 | 5499.7 | |||||
Nh | 鉨 | 704.9 | 2238.5 | 3023.3 | 4351.5 | 5692.6 | |||||
Fl | 鈇 | 823.9 | 1601.6 | 3367.3 | 4399.7 | 5847.0 | |||||
Mc | 镆 | 538.4 | 1756.0 | 2653.3 | 4679.5 | 5721.6 | |||||
Lv | 鉝 | 723.6 | 1331.5 | 2846.3 | 3811.2 | 6078.6 | |||||
Ts | 石田 | 742.9 | 1785.0– 1920.1 | ||||||||
Og | 气奥 | 839.4 | 1563.1 |
符号 | 名称 | 11th | 12th | 13th | 14th | 15th | 16th | 17th | 18th | 19th | 20th |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Na | 钠 | 159076 | |||||||||
Mg | 镁 | 169988 | 189368 | ||||||||
Al | 铝 | 42647 | 201266 | 222316 | |||||||
Si | 硅 | 45962 | 50502 | 235196 | 257923 | ||||||
P | 磷 | 46261 | 54110 | 59024 | 271791 | 296195 | |||||
S | 硫 | 48710 | 54460 | 62930 | 68216 | 311048 | 337138 | ||||
Cl | 氯 | 51068 | 57119 | 63363 | 72341 | 78095 | 352994 | 380760 | |||
Ar | 氩 | 52002 | 59653 | 66199 | 72918 | 82473 | 88576 | 397605 | 427066 | ||
K | 钾 | 54490 | 60730 | 68950 | 75900 | 83080 | 93400 | 99710 | 444880 | 476063 | |
Ca | 钙 | 57110 | 63410 | 70110 | 78890 | 86310 | 94000 | 104900 | 111711 | 494850 | 527762 |
Sc | 钪 | 24102 | 66320 | 73010 | 80160 | 89490 | 97400 | 105600 | 117000 | 124270 | 547530 |
Ti | 钛 | 25575 | 28125 | 76015 | 83280 | 90880 | 100700 | 109100 | 117800 | 129900 | 137530 |
V | 钒 | 24670 | 29730 | 32446 | 86450 | 94170 | 102300 | 112700 | 121600 | 130700 | 143400 |
Cr | 铬 | 26130 | 28750 | 34230 | 37066 | 97510 | 105800 | 114300 | 125300 | 134700 | 144300 |
Mn | 锰 | 27590 | 30330 | 33150 | 38880 | 41987 | 109480 | 118100 | 127100 | 138600 | 148500 |
Fe | 铁 | 28000 | 31920 | 34830 | 37840 | 44100 | 47206 | 122200 | 131000 | 140500 | 152600 |
Co | 钴 | 29400 | 32400 | 36600 | 39700 | 42800 | 49396 | 52737 | 134810 | 145170 | 154700 |
Ni | 镍 | 30970 | 34000 | 37100 | 41500 | 44800 | 48100 | 55101 | 58570 | 148700 | 159000 |
Cu | 铜 | 25600 | 35600 | 38700 | 42000 | 46700 | 50200 | 53700 | 61100 | 64702 | 163700 |
Zn | 锌 | 26400 | 29990 | 40490 | 43800 | 47300 | 52300 | 55900 | 59700 | 67300 | 171200 |
Kr | 氪 | 29700 | 33800 | 37700 | 43100 | 47500 | 52200 | 57100 | 61800 | 75800 | 80400 |
Sr | 锶 | 31270 | |||||||||
Y | 钇 | 19900 | 36090 | ||||||||
Mo | 钼 | 20190 | 22219 | 26930 | 29196 | 52490 | 55000 | 61400 | 67700 | 74000 | 80400 |
符号 | 名称 | 21st | 22nd | 23rd | 24th | 25th | 26th | 27th | 28th | 29th | 30th |
Sc | 钪 | 582163 | |||||||||
Ti | 钛 | 602930 | 639294 | ||||||||
V | 钒 | 151440 | 661050 | 699144 | |||||||
Cr | 铬 | 157700 | 166090 | 721870 | 761733 | ||||||
Mn | 锰 | 158600 | 172500 | 181380 | 785450 | 827067 | |||||
Fe | 铁 | 163000 | 173600 | 188100 | 195200 | 851800 | 895161 | ||||
Co | 钴 | 167400 | 178100 | 189300 | 204500 | 214100 | 920870 | 966023 | |||
Ni | 镍 | 169400 | 182700 | 194000 | 205600 | 221400 | 231490 | 992718 | 1039688 | ||
Cu | 铜 | 174100 | 184900 | 198800 | 210500 | 222700 | 239100 | 249660 | 1067358 | 1116105 | |
Zn | 锌 | 179100 | |||||||||
Kr | 氪 | 85300 | 90400 | 96300 | 101400 | 111100 | 116290 | 282500 | 296200 | 311400 | 326200 |
Mo | 钼 | 87000 | 93400 | 98420 | 104400 | 121900 | 127700 | 133800 | 139800 | 148100 | 154500 |
