元素周期表
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电离能是从原子中移去一个电子所需的能量。这张表以电子伏特(eV)为单位显示每种元素的第一电离能。它在同一周期中从左到右升高,在同一族中自上而下降低,所以氦是最难电离的原子,铯是最容易电离的。
电离能从第 1 号到第 118 号元素的变化
每种元素一根柱,按原子序数排列。虚线标出结束每个周期的稀有气体,所以重复出现的峰值显示了周期性规律。将鼠标悬停在柱上可查看其数值;下表列出了全部数值。
第一电离能的含义
第一电离能是从气态的一个中性原子中移去束缚最松的电子所需的能量:X(g) → X⁺(g) + e⁻。这里的数值以每个原子的电子伏特为单位;要换算成许多教科书中使用的千焦每摩尔,请乘以 96.485。每个单元格以 eV 显示数值,铹及更重的元素没有给出数值,显示为破折号。
移去第二个电子所需的能量总是比第一个多,而当下一个电子来自充满的内层时,增幅会非常大。钠很容易失去一个电子,却几乎不会再失去第二个,所以它形成的是 Na⁺ 而不是 Na²⁺。
周期内和族内的变化趋势
电离能在同一周期中增大。核电荷增加,而最外层电子仍在同一个电子层中,所以被束缚得更紧。第 2 到 6 周期都以碱金属开头,它在该行中数值最低,并以稀有气体结尾,它的数值最高。
电离能在同一族中自上而下减小。每增加一个电子层,最外层电子就离原子核更远,并且被更多内层电子挡在后面,所以更容易被移去。这就是碱金属在第 1 族中位置越靠下,与水反应越剧烈的原因。
趋势的例外
有两处小幅下降打断了每个周期中的上升趋势。硼的电离能比铍低(8.298 eV 对 9.323 eV),因为它的最外层电子位于 2p 亚层,该亚层能量更高,并受到 2s 电子的部分屏蔽。氧比氮低(13.618 eV 对 14.534 eV),因为它的第四个 2p 电子必须与另一个电子共用一个轨道,成对电子之间的排斥使其中一个更容易被移去。第 3 周期中也出现同样的下降,从镁到铝,以及从磷到硫。
再往下,排在已充满的 d 或 f 亚层之后的元素对电子的束缚比预期更紧,因为 d 和 f 电子对原子核的屏蔽很弱。镓比铝略难电离,金比银难电离得多。
实例:钠
钠的第一电离能是 5.139 eV。乘以 96.485 得到约 495.8 kJ/mol,这是大多数教科书中给出的数值。对比它前面的稀有气体氖,为 21.565 eV:从氖中移去一个电子意味着要打破一个充满的电子层,所需能量约为四倍。
全部 118 种元素的第一电离能(eV)
点击列标题可排序。
| 1 | 氢 | H | 13.598 |
| 2 | 氦 | He | 24.587 |
| 3 | 锂 | Li | 5.392 |
| 4 | 铍 | Be | 9.323 |
| 5 | 硼 | B | 8.298 |
| 6 | 碳 | C | 11.26 |
| 7 | 氮 | N | 14.534 |
| 8 | 氧 | O | 13.618 |
| 9 | 氟 | F | 17.423 |
| 10 | 氖 | Ne | 21.565 |
| 11 | 钠 | Na | 5.139 |
| 12 | 镁 | Mg | 7.646 |
| 13 | 铝 | Al | 5.986 |
| 14 | 硅 | Si | 8.152 |
| 15 | 磷 | P | 10.487 |
| 16 | 硫 | S | 10.36 |
| 17 | 氯 | Cl | 12.968 |
| 18 | 氩 | Ar | 15.76 |
| 19 | 钾 | K | 4.341 |
| 20 | 钙 | Ca | 6.113 |
| 21 | 钪 | Sc | 6.561 |
| 22 | 钛 | Ti | 6.828 |
| 23 | 钒 | V | 6.746 |
| 24 | 铬 | Cr | 6.767 |
| 25 | 锰 | Mn | 7.434 |
| 26 | 铁 | Fe | 7.902 |
| 27 | 钴 | Co | 7.881 |
| 28 | 镍 | Ni | 7.64 |
| 29 | 铜 | Cu | 7.726 |
| 30 | 锌 | Zn | 9.394 |
| 31 | 镓 | Ga | 5.999 |
| 32 | 锗 | Ge | 7.9 |
| 33 | 砷 | As | 9.815 |
| 34 | 硒 | Se | 9.752 |
| 35 | 溴 | Br | 11.814 |
| 36 | 氪 | Kr | 14 |
| 37 | 铷 | Rb | 4.177 |
| 38 | 锶 | Sr | 5.695 |
| 39 | 钇 | Y | 6.217 |
| 40 | 锆 | Zr | 6.634 |
| 41 | 铌 | Nb | 6.759 |
| 42 | 钼 | Mo | 7.092 |
| 43 | 锝 | Tc | 7.28 |
| 44 | 钌 | Ru | 7.361 |
| 45 | 铑 | Rh | 7.459 |
| 46 | 钯 | Pd | 8.337 |
| 47 | 银 | Ag | 7.576 |
| 48 | 镉 | Cd | 8.994 |
| 49 | 铟 | In | 5.786 |
| 50 | 锡 | Sn | 7.344 |
| 51 | 锑 | Sb | 8.64 |
| 52 | 碲 | Te | 9.01 |
| 53 | 碘 | I | 10.451 |
| 54 | 氙 | Xe | 12.13 |
| 55 | 铯 | Cs | 3.894 |
| 56 | 钡 | Ba | 5.212 |
| 57 | 镧 | La | 5.577 |
| 58 | 铈 | Ce | 5.539 |
| 59 | 镨 | Pr | 5.464 |
| 60 | 钕 | Nd | 5.525 |
| 61 | 钷 | Pm | 5.55 |
| 62 | 钐 | Sm | 5.644 |
| 63 | 铕 | Eu | 5.67 |
| 64 | 钆 | Gd | 6.15 |
| 65 | 铽 | Tb | 5.864 |
| 66 | 镝 | Dy | 5.939 |
| 67 | 钬 | Ho | 6.022 |
| 68 | 铒 | Er | 6.108 |
| 69 | 铥 | Tm | 6.184 |
| 70 | 镱 | Yb | 6.254 |
| 71 | 镥 | Lu | 5.426 |
| 72 | 铪 | Hf | 6.825 |
| 73 | 钽 | Ta | 7.89 |
| 74 | 钨 | W | 7.98 |
| 75 | 铼 | Re | 7.88 |
| 76 | 锇 | Os | 8.7 |
| 77 | 铱 | Ir | 9.1 |
| 78 | 铂 | Pt | 9 |
| 79 | 金 | Au | 9.226 |
| 80 | 汞 | Hg | 10.438 |
| 81 | 铊 | Tl | 6.108 |
| 82 | 铅 | Pb | 7.417 |
| 83 | 铋 | Bi | 7.289 |
| 84 | 钋 | Po | 8.417 |
| 85 | 砹 | At | 9.5 |
| 86 | 氡 | Rn | 10.745 |
| 87 | 钫 | Fr | 3.9 |
| 88 | 镭 | Ra | 5.279 |
| 89 | 锕 | Ac | 5.17 |
| 90 | 钍 | Th | 6.08 |
| 91 | 镤 | Pa | 5.89 |
| 92 | 铀 | U | 6.194 |
| 93 | 镎 | Np | 6.266 |
| 94 | 钚 | Pu | 6.06 |
| 95 | 镅 | Am | 5.993 |
| 96 | 锔 | Cm | 6.02 |
| 97 | 锫 | Bk | 6.23 |
| 98 | 锎 | Cf | 6.3 |
| 99 | 锿 | Es | 6.42 |
| 100 | 镄 | Fm | 6.5 |
| 101 | 钔 | Md | 6.58 |
| 102 | 锘 | No | 6.65 |
| 103 | 铹 | Lr | — |
| 104 | 𬬻 | Rf | — |
| 105 | 𬭊 | Db | — |
| 106 | 𬭳 | Sg | — |
| 107 | 𬭛 | Bh | — |
| 108 | 𬭶 | Hs | — |
| 109 | 鿏 | Mt | — |
| 110 | 𫟼 | Ds | — |
| 111 | 𬬭 | Rg | — |
| 112 | 鿔 | Cn | — |
| 113 | 鿭 | Nh | — |
| 114 | 鈇 | Fl | — |
| 115 | 镆 | Mc | — |
| 116 | 鉝 | Lv | — |
| 117 | 鿬 | Ts | — |
| 118 | 鿫 | Og | — |