Как определить потенциал ионизации

Потенциал ионизации атома

Home / Определения Глоссария / Потенциал ионизации атома

Потенциал ионизации атома — минимальная разность потенциалов U, к-рую должен пройти электрон в ускоряющем электрическом поле, чтобы приобрести кинетическую энергию, достаточную для ионизации атома.

Первый потенциал ионзизации атома — та работа, которую надо затратить для удаления первого электрона из атома.

Соответственно различаю второй, третий и т.д. потенциалы ионизации.

Энергия ионизации

Чаще употребимое понятие — энергия ионизации E. Это минимальная энергия, которую надо затратить для удаления электрона из атома.

Потенциал ионизации U тесно связан с энергией ионизации соотношением:

E=Ue,

где е-элементарный электрический заряд.

Энергия ионизации атома является внутренним свойством частицы и не зависит от способа ионизации, тогда как потенциал ионизации, можно сказать,- характеристика исторически первого метода ионизации.

Энергия ионизации атома, выраженная в эВ (электроновольтах), численно совпадает с потенциалом ионизации атома, выраженным в В (вольтах).

Таблица взята из книги Г.Кальмана и Б.Розена «Успехи физических наук» т. XII, 1932 г.

ПОТЕНЦИАЛ ИОНИЗАЦИИ

ПОТЕНЦИАЛ ИОНИЗАЦИИ

частицы (молекулы, атома, иона), минимальная разность потенциалов U, к-рую должен пройти электрон в ускоряющем электрич. поле, чтобы приобрести кинетич. энергию, достаточную для ионизации частицы. П. и. частицы X с образованием частицы X’ соответствует процессу:

X + е : X’ + 2е.

Более общее понятие-энергия ионизации Е, миним. энергия, необходимая для удаления электрона из частицы на бесконечность. Она связана с П. и. соотношением:

E=Ue,

где е- элементарный электрич. заряд. Энергия ионизации является св-вом частицы и не зависит от способа удаления электрона, тогда как П. и., строго говоря, лишь характеристика исторически первого метода ионизации электронным ударом (см. Ионы в газах).Энергия ионизации, выраженная в эВ, численно совпадает с П. и., выраженным в В.

Для атомов понятия первого, второго и т. д. П. и. относят к ионизации невозбужденного атома с образованием невозбужденного положит. иона. Для молекул различают адиабатический П. и. и вертикальные П. и. Адиабатический П. и. отвечает процессу, при к-ром из молекулы, находящейся в основном состоянии, в результате ионизации образуется положит. мол. ион также в основном состоянии. Вертикальные П. и. характеризуют ионизацию молекул, при к-рой образующийся мол. ион может находитья в произвольном энергетич. состоянии (электронном и колебательном), причем соответствующие квантовые переходы происходят без изменения межъядерных расстояний (рис. 1).

Рис. 1. Кривые потенц. энергии для основных электронных состояний молекулы АВ и ионов АВ + и АВ -. U0 — первый адиабатам, потенциал ионизации молекулы АВ (E0 -энергия ионизации); U1- первый вертикальный потенциал ионизации молекулы АВ (Е 1- соответствующая энергия ионизации), A-адиаба-тич. сродство к электрону молекулы АВ (U2 -адиабатич. потенциал ионизации иона АВ -).

Возможно термодинамич. определение П. и. атомов и адиабатического П. и. молекул через стандартную энтальпию DH0 р-ции XХ + + е при абс. нуле т-ры:

DH0 = NAE = NAUe,

где NA -постоянная Авогадро.

Рис. 2. Зависимость первых потенциалов ионизации U1 атомов хим. элементов от атомного номера Z.

Осн. совр. методы определения П. и.: фотоэлектронная спектроскопия, фотоионизация, изучение ионно-молекулярных реакций, поверхностная ионизация. Наилучшая точность определения П. и. атомов и простейших молекул достигается при использовании спектроскопич. данных по сходимости серий спектральных линий. Для сложных молекул предпочтительнее фотоэлектронная спектроскопия (достигаемая точность до b0,001 эВ). Следует, однако, иметь в виду, что этот метод в общем случае дает значения вертикальных, а не адиабатического П. и. На П. и. атомов и атомных ионов оказывает влияние, помимо Z, экранирующий эффект нижележащих электронных уровней. Минимальные первые П. и. имеют щелочные металлы: Cs 2,893 В, Li 5,390 В; максимальные — благородные газы: Не 24,580 В, Rn 10,745 В. Известные П. и. молекул-это величины от 5 до 20 В (см. табл.).

При переходе от валентных электронов атома к остовным П. и. резко увеличивается. Так, для Be U1 9,320 В, 2 18,206 В, U3 153,850 В.

Квантовомех. расчеты П. и. для атомов, двух- и трехатомных молекул дают значения, близкие по точности к экспериментальным. Точность расчета в целом зависит от метода; так, для многоатомных молекул в рамках метода мол. орбиталей она обычно не превышает 1 эВ (см. Купманса теорема).

П. и. вместе со сродством к электрону определяет величину электроотрицательности атомов и молекул. Знание П. и. необходимо для расчетов термохим. процессов в иони-зир. газах и плазме (газоразрядные приборы, магнитогид-родинамич. генераторы, процессы в верх. слоях атмосферы и т. п.).

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под ред. И. Л. Кнунянца. 1988.

ПОТЕНЦИАЛ ИОНИЗАЦИИ частицы (молекулы, атома, иона), минимальная разность потенциалов U, к-рую должен пройти электрон в ускоряющем электрич. поле, чтобы приобрести кинетич. энергию, достаточную для ионизации частицы. Потенциал ионизации частицы X с образованием частицы X’ соответствует процессу:

X + е : X’ + 2е.

Более общее понятие-энергия ионизации Е, миним. энергия, необходимая для удаления электрона из частицы на бесконечность. Она связана с потенциалом ионизации соотношением:

E=Ue,

где е-элементарный электрич. заряд. Энергия ионизации является св-вом частицы и не зависит от способа удаления электрона, тогда как потенциал ионизации, строго говоря, лишь характеристика исторически первого метода ионизации электронным ударом (см. Ионы в газах). Энергия ионизации, выраженная в эВ, численно совпадает с потенциалом ионизации, выраженным в В.

Различают первый, второй и т.д. потенциалы ионизации, соответствующие удалению из частицы первого, второго и т.д. электронов. Второй потенциал ионизации нейтральной частицы X совпадает с первым потенциалом ионизации иона Х+ и т.д. Первый потенциал ионизации отрицат. иона Х-совпадает со сродством к электрону частицы X.

Для атомов понятия первого, второго и т. д. потенциала ионизации относят к ионизации невозбужденного атома с образованием невозбужденного положит. иона. Для молекул различают адиабатический потенциал ионизации и вертикальные потенциалы ионизации Адиабатический потенциал ионизации отвечает процессу, при к-ром из молекулы, находящейся в основном состоянии, в результате ионизации образуется положит. мол. ион также в основном состоянии. Вертикальные потенциалы ионизации характеризуют ионизацию молекул, при к-рой образующийся мол. ион может находитья в произвольном энергетич. состоянии (электронном и колебательном), причем соответствующие квантовые переходы происходят без изменения межъядерных расстояний (рис. 1).

Рис. 1. Кривые потенц. энергии для основных электронных состояний молекулы АВ и ионов АВ+ и АВ-. U0 — первый адиабатам, потенциал ионизации молекулы АВ (E0-энергия ионизации); U1- первый вертикальный потенциал ионизации молекулы АВ (Е1- соответствующая энергия ионизации), A-адиаба-тич. сродство к электрону молекулы АВ (U2-адиабатич. потенциал ионизации иона АВ-).

Возможно термодинамич. определение потенциала ионизации атомов и адиабатического потенциала ионизации молекул через стандартную энтальпию DH0 р-ции XХ+ + е при абс. нуле т-ры:

DH0 = NAE = NAUe,

где NA-постоянная Авогадро.

Первые потенциалы ионизации известны для атомов всех элементов перио-дич. системы и нсск. тыс. молекул. У легких атомов с зарядом ядра Z < 10-15, как правило, надежно определены все потенциалы ионизации (первый, второй и т.д. до Z); у более тяжелых атомов-неск. начальных потенциалов ионизации. В изменении первых потенциалов ионизации атомов явно выражена периодичность при увеличении Z. При движении слева направо по периоду потенциал ионизации, вообще говоря, постепенно увеличивается; при увеличении Z в пределах подгруппы потенциал ионизации уменьшается (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость первых потенциалов ионизации U1 атомов хим. элементов от атомного номера Z.

Осн. совр. методы определения потенциалов ионизации: фотоэлектронная спектроскопия, фотоионизация, изучение ионно-молекулярных реакций, поверхностная ионизация. Наилучшая точность определения потенциалов ионизации атомов и простейших молекул достигается при использовании спектроскопич. данных по сходимости серий спектральных линий. Для сложных молекул предпочтительнее фотоэлектронная спектроскопия (достигаемая точность до b0,001 эВ). Следует, однако, иметь в виду, что этот метод в общем случае дает значения вертикальных, а не адиабатического потенциала ионизации На потенциал ионизации атомов и атомных ионов оказывает влияние, помимо Z, экранирующий эффект нижележащих электронных уровней. Минимальные первые потенциалы ионизации имеют щелочные металлы: Cs 2,893 В, Li 5,390 В; максимальные — благородные газы: Не 24,580 В, Rn 10,745 В. Известные потенциалы ионизации молекул-это величины от 5 до 20 В (см. табл.).

При переходе от валентных электронов атома к остовным потенциал ионизации резко увеличивается. Так, для Be U1 9,320 В, U2 18,206 В, U3 153,850 В.

Квантовомех. расчеты потенциалов ионизации для атомов, двух- и трехатомных молекул дают значения, близкие по точности к экспериментальным. Точность расчета в целом зависит от метода; так, для многоатомных молекул в рамках метода мол. орбиталей она обычно не превышает 1 эВ (см. Купманса теорема).

Потенциал ионизации вместе со сродством к электрону определяет величину электроотрицательности атомов и молекул. Знание потенциалов ионизации необходимо для расчетов термохим. процессов в иони-зир. газах и плазме (газоразрядные приборы, магнитогид-родинамич. генераторы, процессы в верх. слоях атмосферы и т.п.).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *