元素の周期表
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イオン化エネルギーは、原子から電子を取り除くのに必要なエネルギーです。この表には、すべての元素の第一イオン化エネルギーが電子ボルト(eV)単位で示されています。周期を左から右へ進むと大きくなり、族を下へ進むと小さくなるので、ヘリウムが最もイオン化しにくい原子で、セシウムが最もイオン化しやすい原子です。
1番から118番の元素でイオン化エネルギーはどう変わるか
元素ごとに1本の棒を、原子番号順に並べています。破線は各周期の最後の貴ガスを示すので、繰り返す山が周期的なパターンを表します。棒にカーソルを合わせると値が表示され、下の表にすべて載っています。
第一イオン化エネルギーの意味
第一イオン化エネルギーは、気相の中性原子1個から、最もゆるく保持されている電子を取り除くのに必要なエネルギーです:X(g) → X⁺(g) + e⁻。ここでの値は1原子あたりの電子ボルトです。多くの教科書で使われる1モルあたりのキロジュールに換算するには、96.485をかけます。各マスにはeV単位の値が表示され、値のないローレンシウムとそれより重い元素にはダッシュが表示されています。
2個目の電子を取り除くには、かならず1個目よりも多くのエネルギーが必要で、次の電子が満たされた内側の殻から出ることになると、その差は非常に大きくなります。ナトリウムは1個の電子は簡単に失いますが、2個目はほとんど失わないので、Na²⁺ではなくNa⁺になります。
周期と族に沿った傾向
イオン化エネルギーは、周期を進むと大きくなります。核電荷は増える一方、最外殻の電子は同じ殻にとどまるので、より強く保持されます。第2周期から第6周期は、それぞれアルカリ金属で始まり、その行で最も低い値をもち、貴ガスで終わり、最も高い値をもちます。
イオン化エネルギーは、族を下へ進むと小さくなります。新しい殻が加わるごとに、最外殻の電子は原子核からより遠く、より多くの内側の電子の後ろに置かれるので、取り除きやすくなります。1族の下にいくほど、アルカリ金属が水とより激しく反応するのはこのためです。
傾向の例外
各周期の上昇を乱す、2つの小さなへこみがあります。ホウ素のイオン化エネルギーはベリリウムより低く(8.298 eVに対して9.323 eV)、これは最外殻の電子が、エネルギーがより高く、2s電子によって一部遮蔽される2p副殻にあるからです。酸素は窒素より低く(13.618 eVに対して14.534 eV)、これは4個目の2p電子が1つの軌道を共有しなければならず、対になった電子どうしの反発によって、1個が取り除きやすくなるからです。同じへこみは第3周期にも現れ、マグネシウムからアルミニウム、リンから硫黄にかけてです。
さらに下では、満たされたd副殻やf副殻の後に来る元素は、d電子とf電子が原子核をうまく遮蔽しないため、予想より強く電子を保持します。ガリウムはアルミニウムよりわずかにイオン化しにくく、金は銀よりずっとイオン化しにくくなります。
例題:ナトリウム
ナトリウムの第一イオン化エネルギーは5.139 eVです。96.485をかけると約495.8 kJ/molになり、これはほとんどの教科書にある値です。そのすぐ前の貴ガスであるネオンの21.565 eVと比べてみましょう。ネオンから電子を取り除くことは、満たされた殻に踏み込むことなので、約4倍のエネルギーが必要です。
118元素すべての第一イオン化エネルギー(eV)
列の見出しをクリックすると並べ替えられます。
| 1 | 水素 | H | 13.598 |
| 2 | ヘリウム | He | 24.587 |
| 3 | リチウム | Li | 5.392 |
| 4 | ベリリウム | Be | 9.323 |
| 5 | ホウ素 | B | 8.298 |
| 6 | 炭素 | C | 11.26 |
| 7 | 窒素 | N | 14.534 |
| 8 | 酸素 | O | 13.618 |
| 9 | フッ素 | F | 17.423 |
| 10 | ネオン | Ne | 21.565 |
| 11 | ナトリウム | Na | 5.139 |
| 12 | マグネシウム | Mg | 7.646 |
| 13 | アルミニウム | Al | 5.986 |
| 14 | ケイ素 | Si | 8.152 |
| 15 | リン | P | 10.487 |
| 16 | 硫黄 | S | 10.36 |
| 17 | 塩素 | Cl | 12.968 |
| 18 | アルゴン | Ar | 15.76 |
| 19 | カリウム | K | 4.341 |
| 20 | カルシウム | Ca | 6.113 |
| 21 | スカンジウム | Sc | 6.561 |
| 22 | チタン | Ti | 6.828 |
| 23 | バナジウム | V | 6.746 |
| 24 | クロム | Cr | 6.767 |
| 25 | マンガン | Mn | 7.434 |
| 26 | 鉄 | Fe | 7.902 |
| 27 | コバルト | Co | 7.881 |
| 28 | ニッケル | Ni | 7.64 |
| 29 | 銅 | Cu | 7.726 |
| 30 | 亜鉛 | Zn | 9.394 |
| 31 | ガリウム | Ga | 5.999 |
| 32 | ゲルマニウム | Ge | 7.9 |
| 33 | ヒ素 | As | 9.815 |
| 34 | セレン | Se | 9.752 |
| 35 | 臭素 | Br | 11.814 |
| 36 | クリプトン | Kr | 14 |
| 37 | ルビジウム | Rb | 4.177 |
| 38 | ストロンチウム | Sr | 5.695 |
| 39 | イットリウム | Y | 6.217 |
| 40 | ジルコニウム | Zr | 6.634 |
| 41 | ニオブ | Nb | 6.759 |
| 42 | モリブデン | Mo | 7.092 |
| 43 | テクネチウム | Tc | 7.28 |
| 44 | ルテニウム | Ru | 7.361 |
| 45 | ロジウム | Rh | 7.459 |
| 46 | パラジウム | Pd | 8.337 |
| 47 | 銀 | Ag | 7.576 |
| 48 | カドミウム | Cd | 8.994 |
| 49 | インジウム | In | 5.786 |
| 50 | スズ | Sn | 7.344 |
| 51 | アンチモン | Sb | 8.64 |
| 52 | テルル | Te | 9.01 |
| 53 | ヨウ素 | I | 10.451 |
| 54 | キセノン | Xe | 12.13 |
| 55 | セシウム | Cs | 3.894 |
| 56 | バリウム | Ba | 5.212 |
| 57 | ランタン | La | 5.577 |
| 58 | セリウム | Ce | 5.539 |
| 59 | プラセオジム | Pr | 5.464 |
| 60 | ネオジム | Nd | 5.525 |
| 61 | プロメチウム | Pm | 5.55 |
| 62 | サマリウム | Sm | 5.644 |
| 63 | ユウロピウム | Eu | 5.67 |
| 64 | ガドリニウム | Gd | 6.15 |
| 65 | テルビウム | Tb | 5.864 |
| 66 | ジスプロシウム | Dy | 5.939 |
| 67 | ホルミウム | Ho | 6.022 |
| 68 | エルビウム | Er | 6.108 |
| 69 | ツリウム | Tm | 6.184 |
| 70 | イッテルビウム | Yb | 6.254 |
| 71 | ルテチウム | Lu | 5.426 |
| 72 | ハフニウム | Hf | 6.825 |
| 73 | タンタル | Ta | 7.89 |
| 74 | タングステン | W | 7.98 |
| 75 | レニウム | Re | 7.88 |
| 76 | オスミウム | Os | 8.7 |
| 77 | イリジウム | Ir | 9.1 |
| 78 | 白金 | Pt | 9 |
| 79 | 金 | Au | 9.226 |
| 80 | 水銀 | Hg | 10.438 |
| 81 | タリウム | Tl | 6.108 |
| 82 | 鉛 | Pb | 7.417 |
| 83 | ビスマス | Bi | 7.289 |
| 84 | ポロニウム | Po | 8.417 |
| 85 | アスタチン | At | 9.5 |
| 86 | ラドン | Rn | 10.745 |
| 87 | フランシウム | Fr | 3.9 |
| 88 | ラジウム | Ra | 5.279 |
| 89 | アクチニウム | Ac | 5.17 |
| 90 | トリウム | Th | 6.08 |
| 91 | プロトアクチニウム | Pa | 5.89 |
| 92 | ウラン | U | 6.194 |
| 93 | ネプツニウム | Np | 6.266 |
| 94 | プルトニウム | Pu | 6.06 |
| 95 | アメリシウム | Am | 5.993 |
| 96 | キュリウム | Cm | 6.02 |
| 97 | バークリウム | Bk | 6.23 |
| 98 | カリホルニウム | Cf | 6.3 |
| 99 | アインスタイニウム | Es | 6.42 |
| 100 | フェルミウム | Fm | 6.5 |
| 101 | メンデレビウム | Md | 6.58 |
| 102 | ノーベリウム | No | 6.65 |
| 103 | ローレンシウム | Lr | — |
| 104 | ラザホージウム | Rf | — |
| 105 | ドブニウム | Db | — |
| 106 | シーボーギウム | Sg | — |
| 107 | ボーリウム | Bh | — |
| 108 | ハッシウム | Hs | — |
| 109 | マイトネリウム | Mt | — |
| 110 | ダームスタチウム | Ds | — |
| 111 | レントゲニウム | Rg | — |
| 112 | コペルニシウム | Cn | — |
| 113 | ニホニウム | Nh | — |
| 114 | フレロビウム | Fl | — |
| 115 | モスコビウム | Mc | — |
| 116 | リバモリウム | Lv | — |
| 117 | テネシン | Ts | — |
| 118 | オガネソン | Og | — |