題:
為什麼鐳的第一電離能比鋇高?
Alicia Butteriss
2012-12-20 01:13:12 UTC
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我想知道為什麼鐳似乎能逆轉總趨勢,即當您向下移動週期表中的一個基團時,第一電離能會降低:鋇(其前面的第2組元素)的第一電離能為 $ \ pu {502.9 kJ / mol} $ span>,而鐳的第一IE值稍高 $ \ pu {509.3 kJ / mol} $ span>(來自 Wikipedia,儘管我的教科書同意)。

目前對此有什麼解釋? (我想量子力學可能以某種方式參與其中,但我不確定如何做到這一點。)到目前為止,我很想知道為什麼會這樣。

使用Cs和Fr可以觀察到相同的趨勢突破。同樣,隨著從第5期過渡到第6期過渡金屬(以及一些主要的族元素)和從鑭系元素到act系元素的轉變,降低第一電離能的趨勢似乎並不成立。 chemreference.com/),所以我想它一定與其他f電子有關,但我不知道它到底是什麼。
五 答案:
Nicolau Saker Neto
2013-04-28 19:37:56 UTC
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我認為在這裡提到相對論效應也很重要。在 $ Z = 70 $ span>和 $ \ ce {Ra} $ span>說謊之後,它們已經開始變得非常明顯。

在非常重的原子中, $ \ ce {1s} $ span>軌道的電子(實際上,所有具有一些電子密度接近原子核,但是 $ \ ce {1s} $ span>軌道恰好是最靠近的,因此受影響最大),它們受到非常高的有效核電荷,將軌道壓縮到很小的空間區域。這又通過不確定性原理迫使最裡面的電子的動量非常高(或者在經典圖中,電子需要非常快速地繞原子核運行,以避免掉入)。實際上,矩值是如此之高,以至於可以進行特殊的相對論校正,因此實際的,相對論校正過的矩量((span class =“ math-container”> $ p _ {\ text {relativistic}} = \ gamma p_ { \ text {classical}} $ span>)比近似經典動量要高一些。再次通過不確定性原理,這導致 $ \ ce {1s} $ span>軌道(以及其他電子密度接近的軌道)的相對論收縮到原子核,尤其是 $ \ ce {ns} $ span>和 $ \ ce {np} $ span>軌道)

最內層軌道的相對論性收縮在其餘軌道之間產生了一系列電子屏蔽變化。最終結果是,所有 $ \ ce {ns} $ span>軌道都收縮了,越來越靠近原子核,能量下降了。這與該問題有關,因為 $ \ ce {7s} $ span>價電子在 $ \ ce {Ra} $ 比簡單的趨勢分析所期望的對原子核的吸引力更大,因為隨著元素週期表的下降,它們很少考慮相對論效應的增加。

因此, $ \ ce {Ra} $ span>的第一個(和第二個)電離能變得比預期的要高,以至於實際上下降趨勢的上升趨勢。 Eka-radium( $ Z = 120 $ span>)將具有更強的相對論效應,並且與 $ \ ce {Ra} $ span>。實際上,相對論效應將使第二族金屬變得更加高貴!儘管元素週期表在超重元素附近變得如此混亂,以至於很難說這是一個清晰可見的趨勢,還是僅僅是一種可以與其他幾種效果組合的效果。

這是對我的回答中提到的效果的很好的理論解釋。基本上,由於這個原因,鑭系元素之後的任何元素都會比其上方的元素具有更高的第一電離能。
好吧,對於第15-18組中的重元素(Bi,Po,At,Rn及其下面的那些元素)實際上並非如此。在這裡,相對論效應實際上破壞了三個價數np $軌道中的兩個(技術上,由於強烈的自旋軌道耦合,$ np $子殼的簡併性破裂,形成了穩定的$ np_ {1/2} $軌道,而兩個不穩定了) $ np_ {3/2} $軌道),因此即使有效核電荷增加,所有$ np_ {1/2} ^ 2 $的電離能量也比上述元素所需的能量少。這種影響在Bi中最明顯,因為Pb具有相對論貴族。
“相對論收縮”我不確定您所說的收縮是什麼意思?就像發現電子收縮到較小空間的可能性一樣?還是軌道變得更靠近原子核?
-1
Ben Norris
2013-04-28 16:41:17 UTC
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此行為可歸因於與引起鑭系元素收縮的現象相同的現象。 $ f $ span>子殼中的電子在核屏蔽時非常差,所以 $ s $ span>下一個更高的殼中的電子(平均)比您預期的更接近原子核。如果這些電子更接近原子核,那麼原子的半徑將小於預期的半徑,並且這些 $ s $ span>電子將更難去除。根據維基百科有關鑭系元素收縮的文章,鑭系元素的收縮既有量子力學原因,也有相對論性原因。

這種行為也發生在 ha中(72),這是正確的在鑭系元素之後。 f的第一個電離能是 $ \ pu {658.5 kJ / mol} $ span>,而(40的正上方40)是 $ \ pu {640.1 kJ / mol} $ span>。鋇在鑭系元素之前,鐳在它們之後。如此分裂的任何對都可能會在電離勢中展現出這種新趨勢。去看看吧!

Julia Gonzalez
2013-01-28 11:12:37 UTC
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元素57+的電子在f軌道上。

鐳具有完整的4f次能級,這些電子的屏蔽作用不如d電子(f

您可以在此處找到有關f嵌段電子屏蔽不良的更多詳細信息。 http://chemwiki.ucdavis.edu/Inorganic_Chemistry/Descriptive_Chemistry/Transition_Metals_and_Coordination_Complexes/The_Lanthanides/Lanthanide_Contraction
看來您的答案已被縮短。此外,將一些鏈接合併到您的答案中會很好(用引號寫上自己的話會很好,儘管引用可以)
Farooq
2018-03-15 00:57:56 UTC
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這是因為鐳的4f軌道對7S軌道的屏蔽作用較弱,因此去除它們需要更高的電離能。

Shahid hussain
2017-07-27 11:25:56 UTC
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這完全是關於屏蔽效果的,子殼上有許多孔,因此核對外部電子的影響增加,因此價電子與原子核緊密結合。希望您能得到答案



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