Ionlanish natijasida atomlar hosil bo'ladi. Kuchli elektr maydonlarda atomlarning ionlanishi. Boshqa lug'atlarda "ionlash" nima ekanligini ko'ring
Ionlanish energiyasi atomning asosiy xususiyatidir. Aynan shu narsa atomning hosil qilish qobiliyatini va kuchini belgilaydi. (oddiy) moddaning qaytaruvchi xossalari ham shu xususiyatga bog'liq.
"Ionlanish energiyasi" tushunchasi ba'zan "birinchi ionlanish potentsiali" (I1) tushunchasi bilan almashtiriladi, bu elektronning energiya holatida bo'lganida erkin atomdan uzoqlashishi uchun zarur bo'lgan eng kichik energiyani anglatadi. eng past.
Xususan, vodorod atomi uchun bu elektronni protondan olib tashlash uchun zarur bo'lgan energiyaga berilgan nom. Bir nechta elektronli atomlar uchun ikkinchi, uchinchi va boshqalar tushunchasi mavjud. ionlanish potentsiallari.
Ionlanish energiyasi yig'indi bo'lib, uning bir a'zosi elektronning energiyasi, ikkinchisi esa tizimning energiyasidir.
Kimyoda vodorod atomining energiyasi “Ea” belgisi bilan belgilanadi va sistemaning potentsial energiyasi va elektron energiyasi yig'indisini quyidagi formula bilan ifodalash mumkin: Ea= E+T= -Z.e/. 2.R.
Bu ifodadan ko`rinib turibdiki, sistemaning barqarorligi yadro zaryadiga va u bilan elektron orasidagi masofaga bevosita bog`liq. Bu masofa qanchalik kichik bo'lsa, yadroning zaryadi qanchalik kuchli bo'lsa, ular qanchalik kuchliroq jalb qilinsa, tizim qanchalik barqaror va barqaror bo'lsa, bu bog'lanishni buzish uchun ko'proq energiya sarflanishi kerak.
Shubhasiz, tizimlarning barqarorligini ulanishni yo'q qilish uchun sarflangan energiya darajasi bilan solishtirish mumkin: energiya qanchalik katta bo'lsa, tizim shunchalik barqaror bo'ladi.
Atomning ionlanish energiyasi (vodorod atomidagi aloqalarni uzish uchun zarur bo'lgan kuch) eksperimental tarzda hisoblab chiqilgan. Bugungi kunda uning qiymati aniq ma'lum: 13,6 eV (elektronvolt). Keyinchalik, olimlar, shuningdek, bir qator tajribalar orqali, vodorod atomidan ikki baravar zaryadga ega bo'lgan bitta elektron va yadrodan iborat tizimlarda atom-elektron bog'lanishini uzish uchun zarur bo'lgan energiyani hisoblab chiqishga muvaffaq bo'lishdi. Bu holda 54,4 elektron volt talab qilinishi eksperimental ravishda aniqlandi.
Elektrostatikaning mashhur qonunlarida qarama-qarshi zaryadlar (Z va e) orasidagi bog‘lanishni uzish uchun zarur bo‘lgan ionlanish energiyasi, agar ular R masofada joylashgan bo‘lsa, quyidagi tenglama bilan o‘zgarmas (aniqlangan) bo‘lishini bildiradi: T=Z.e/ R.
Bu energiya zaryadlarning kattaligiga mutanosib va shunga mos ravishda masofaga teskari bog'liqdir. Bu juda tabiiy: zaryadlar qanchalik kuchli bo'lsa, ularni bog'laydigan kuchlar qanchalik kuchli bo'lsa, ular orasidagi aloqani yo'q qilish uchun shunchalik kuchli kuch kerak bo'ladi. Xuddi shu narsa masofaga ham tegishli: u qanchalik kichik bo'lsa, ionlanish energiyasi qanchalik kuchli bo'lsa, aloqani yo'q qilish uchun ko'proq kuch qo'llanilishi kerak bo'ladi.
Bu fikr kuchli yadro zaryadiga ega bo'lgan atomlar tizimi nima uchun barqarorroq ekanligini va elektronni olib tashlash uchun ko'proq energiya talab qilishini tushuntiradi.
Darhol savol tug'iladi: "Agar faqat ikki baravar kuchli bo'lsa, nega elektronni olib tashlash uchun zarur bo'lgan ionlanish energiyasi ikki emas, balki to'rt marta ortadi? Nima uchun u ikki marta zaryad kvadratiga teng (54,4 / 13,6 = 4)? ".
Bu qarama-qarshilikni juda oddiy tushuntirish mumkin. Agar sistemadagi Z va e zaryadlar nisbatan oʻzaro harakatsizlik holatida boʻlsa, u holda energiya (T) Z zaryadiga proporsional boʻladi va ular proporsional ravishda ortadi.
Ammo zaryadi e bo‘lgan elektron Z zaryadli yadro atrofida aylanib, Z ortib borayotgan sistemada aylanish radiusi R proporsional ravishda kamayadi: elektron yadroga katta kuch bilan tortiladi.
Xulosa aniq. Ionlanish energiyasiga yadro zaryadi, yadrodan tashqi elektronning zaryad zichligining eng yuqori nuqtasigacha bo'lgan masofa (radial) ta'sir qiladi; tashqi elektronlar orasidagi itarilish kuchi va elektronning kirib borish kuchining o'lchovi.
Kimyoviy jarayonlarni o'rganish uchun muhim energiya parametri atomning ionlanish energiyasidir. Vodorod atomi bo'lsa, bu protondan elektronni olib tashlash uchun sarflanishi kerak bo'lgan energiya.
U tizimning potentsial energiyasi va elektronning kinetik energiyasi yig'indisiga teng.
E a = E+T= -Z . e/2. R, (2,7)
bu erda E a - vodorod atomining energiyasi.
(2.7) formuladan kelib chiqadiki, elektron va yadro orasidagi masofaning qisqarishi va yadro zaryadining oshishi elektronning yadroga tortish kuchining oshishini anglatadi. Ya'ni, elektronni yadrodan olib tashlash uchun ko'proq energiya talab qilinadi. Ushbu bog'lanishni buzish uchun qancha energiya kerak bo'lsa, tizim shunchalik barqaror bo'ladi.
Shuning uchun, agar bir tizimdagi bog'lanishni uzish (elektronni yadrodan ajratish) boshqasiga qaraganda ko'proq energiya talab qilsa, birinchi tizim barqarorroqdir.
Atomning ionlanish energiyasi, vodorod atomidagi aloqalarni uzish uchun zarur bo'lgan energiya tajriba yo'li bilan aniqlangan. U 13,6 eV (elektron volt) ga teng. Zaryati vodorod atomi yadrosining zaryadidan ikki baravar ko'p bo'lgan bitta elektron va yadrodan iborat atomda elektronni yadrodan chiqarish uchun zarur bo'lgan energiya ham tajriba yo'li bilan aniqlandi. Bunday holda, to'rt barobar ko'proq energiya sarflash kerak (54,4 eV).
Elektrostatikadan ma'lumki, energiya ( T), qarama-qarshi zaryadlar orasidagi bog'lanishni buzish uchun zarur ( Z Va e), bir-biridan uzoqda joylashgan R, tengligi bilan belgilanadi
U zaryadlarning kattaligiga proportsional va ular orasidagi masofaga teskari proportsionaldir. Bu bog'liqlik juda tushunarli: zaryadlar qanchalik katta bo'lsa, ularning bir-biriga jalb etilishi shunchalik kuchliroq, shuning uchun ular orasidagi aloqani uzish uchun ko'proq energiya talab qilinadi. Va ular orasidagi masofa qanchalik kichik bo'lsa, aloqani buzish uchun ko'proq energiya sarflash kerak bo'ladi. Buning yordamida yadro zaryadi vodorod atomidagi yadro zaryadidan ikki baravar katta bo'lgan atom tizimi nima uchun barqarorroq ekanligi va elektronni olib tashlash uchun ko'proq energiya talab qilinishi aniq bo'ladi.
ELEKTRON YAXSHILIGI zarralar (molekulalar, atomlar, ionlar), min. elektronni mos keladigan salbiydan olib tashlash uchun zarur bo'lgan energiya A. cheksizlikka ion. X S. zarracha uchun e. jarayonga ishora qiladi:
S. to e. ionlanish energiyasi E manfiyga teng. ion X - (birinchi ionlanish potentsiali U 1, eV da o'lchanadi). Ionlanish potentsialiga o'xshab, birinchi va ikkinchi quyosh energiyasi, shuningdek vertikal va adiabatik quyosh energiyasi o'rtasida farqlanadi. ko'p atomli zarracha. Termodinamik S.ning e.ga taʼrifi - abs da eritmaning standart entalpiyasi (1). nol harorat:
AN A (N A ~Avogadro doimiysi).
Ishonchli tajribalar. S. dan e gacha boʻlgan maʼlumotlar. atomlar va molekulalardan oltingugurtgacha. 60-lar 20-asr amalda mavjud emas edi. Hozirgi vaqtda ishlab chiqarish va tadqiqotning muvozanatli usullaridan foydalanish inkor etilmoqda. ionlari birinchi S.ni e.ga olish imkonini berdi. ko'pgina elementlar uchun davriy. tizimlar va bir nechta yuzlab org. va tashkilot bo'lmagan. molekulalar. Naib. S.ni e.-fotoelektron spektroskopiya (aniqlik + 0,01 eV) va massa spektrometriyasini aniqlashning istiqbolli usullari. ion-molekulyar reaksiyalar muvozanatini o'rganish. Kvant mexanizmi. S.ning hisob-kitoblari e. ionlanish potentsiallarini hisoblashga o'xshaydi. Ko'p atomli molekulalar uchun eng yaxshi aniqlik 0,05-0,1 eV ni tashkil qiladi.
Eng katta S. dan e. halogen atomlariga ega. Bir qator elementlar uchun S. dan e. nolga yaqin yoki noldan kamroq. Ikkinchisi ma'lum bir element uchun barqaror qiymat salbiy ekanligini anglatadi. ion mavjud emas. Jadvalda 1-jadvalda S. dan e gacha bo'lgan qiymatlar ko'rsatilgan. fotoelektron spektroskopiya yordamida olingan atomlar (V. Lineberger va hamkasblarining ishi).
ELEKTRONEGATİVLIK, atomning kovalent bog'lanishlarni qutblash qobiliyatini tavsiflovchi miqdor. Agar ikki atomli A - B molekulasida bog ni tashkil etuvchi elektronlar B atomiga A atomiga qaraganda kuchliroq tortilsa, B atomi A ga nisbatan ko proq elektron manfiy hisoblanadi.
L. Pauling (1932) miqdorlar uchun taklif qildi. elektromanfiylik xususiyatlari termokimyoviy qo'llaniladi. mos ravishda A-A, B - B va A - B aloqalarining energiyasi haqidagi ma'lumotlar. E AA, E bb va E AB. Energiya faqat gipotetikdir kovalent bog'lanish A - B (E cov) o'rtacha arifmetik qiymatga teng deb qabul qilinadi. yoki geometrik o'rtacha E AA va E BB qiymatlari. Agar A va B atomlarining elektron manfiyligi har xil bo'lsa, u holda A - B aloqasi sof kovalent bo'lishni to'xtatadi va E AB bog'lanish energiyasi E dan kovalent bo'lgan miqdorda katta bo'ladi.
A va B atomlarining elektronegativligidagi farq qanchalik katta bo'lsa, empirik foydalanish qiymati shunchalik katta bo'ladi. f-lu 
(0,208 koeffitsient energiya qiymatlarini kkal/mol dan eV ga aylantirishda yuzaga keladi) va vodorod atomi uchun ixtiyoriy elektron manfiylik qiymati 2,1 ni olgan holda, Pauling qulay nisbiy shkalani oldi. raqamli qiymatlar elektronegativlik, ularning ba'zilari jadvalda keltirilgan. Naib. Galogenlarning eng yengili F elektromanfiy, eng og‘irligi esa og‘ir ishqoriy metallardir.
Miqdorlar uchun. termokimyoviy bilan bir qatorda elektronegativlikning tavsiflari. ma'lumotlar, molekulalarning geometriyasiga oid ma'lumotlar (masalan, Sanderson usuli), spektral xarakteristikalar (masalan, Gordi usuli) ham qo'llaniladi.
ATOM RADIUSI, atomlarning samarali xarakteristikalari, molekulalar va kristallardagi atomlararo (yadrolararo) masofani taxminan taxmin qilish imkonini beradi. Fikrlarga ko'ra kvant mexanikasi, atomlar aniq chegaralarga ega emas, lekin bu yadrodan ma'lum masofada berilgan yadro bilan bog'langan elektronni topish ehtimoli masofa ortishi bilan tez kamayadi. Shuning uchun elektron zichligining katta qismi (90-98%) ushbu radius sferasida joylashgan deb hisoblab, atomga ma'lum bir radius beriladi. Atom radiuslari 0,1 nm ga teng bo'lgan juda kichik qiymatlardir, ammo ularning o'lchamlaridagi kichik farqlar ham ulardan qurilgan kristallarning tuzilishiga, molekulalarning muvozanat konfiguratsiyasiga va hokazolarga ta'sir qilishi mumkin. Eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, ko'pchilik Ba'zi hollarda ikkita atom orasidagi eng qisqa masofa haqiqatan ham tegishli atom radiuslarining yig'indisiga teng bo'ladi (atom radiuslarining qo'shilish printsipi). Atomlar orasidagi bog'lanish turiga ko'ra metall, ion, kovalent va van-der-vaals atom radiuslari farqlanadi.
Metall radius kristalldagi atomlar orasidagi eng qisqa masofaning yarmiga teng. metall tuzilishi. Uning qiymati muvofiqlashtirishga bog'liq. K raqamlari (tuzilishdagi atomning eng yaqin qo'shnilari soni). Eng keng tarqalgan tuzilmalar K = 12 bo'lgan metallardir. Agar bunday kristallardagi atom radiuslarining qiymatini 1 ga oladigan bo'lsak, K ga ega bo'lgan metallarning atom radiuslari mos ravishda 8, 6 va 4 ga teng bo'ladi. 0,98, 0,96 va 0,88. Atom radiuslari qiymatlarining yaqinligi parchalanadi. metallar - bu metallar hosil bo'lishi uchun zaruriy (etarli bo'lmasa-da) shart qattiq eritmalar almashtirishlar. Shunday qilib, suyuq K va Li (radiusi 0,236 va 0,155 nm) odatda aralashmaydi va K Rb va Cs bilan qattiq eritmalarning uzluksiz qatorini hosil qiladi (radiuslari Rb va Cs mos ravishda 0,248 va 0,268 nm). Metallning qo'shilishi atom radiuslari kristall parametrlarni o'rtacha aniqlik bilan bashorat qilish imkonini beradi. intermetalik panjaralar ulanishlar.
Ion radiuslari ion kristallaridagi eng qisqa yadrolararo masofalarni taxminiy baholash uchun ishlatiladi, bu masofalar atomlarning tegishli ion radiuslari yig'indisiga teng deb hisoblanadi. Bir nechta bor individual ionlar uchun farq qiluvchi, lekin ion kristallarida taxminan bir xil yadrolararo masofalarga olib keladigan ion radiusi qiymatlari tizimlari. Ion radiuslari birinchi marta 1920-yillarda aniqlangan. 20-asr Refraktometriyaga tayangan V. M. Goldshmidt. F - va O 2- radiuslarining qiymatlari mos ravishda teng. 0,133 va 0,132 nm. L.Pauling sistemasida O 2- ionining radiusi asos qilib olinadi, 0,140 nm ga teng, N.V.Belov va G.B.Bokiyning keng tarqalgan tizimida bir xil ionning radiusi 0,136 nm ga teng, in. K. Shennon tizimi -0,121 nm (K = 2).
Kovalent radius bitta kimyoviy moddaning uzunligining yarmiga teng. X-X ulanishlari, bu erda X - metall bo'lmagan atom. Galogenlar uchun kovalent atom radiusi X 2 molekulasidagi yadrolararo masofaning yarmi, S va Se uchun - X 8 uchun, S-in kristalli olmos F, Cl, Br, I, S, Se va C ning kovalent radiuslari mos ravishda teng. 0,064, 0,099, 0,114, 0,133, 0,104, 0,117 va 0,077 nm. Vodorodning kovalent radiusi 0,030 nm deb qabul qilingan, garchi uning yarmi uzunligi. N-N ulanishlar H2 molekulasida 0,037 nm. Atom radiuslarining qo'shiluvchanligi qoidasidan foydalanib, ko'p atomli molekulalardagi bog'lanish uzunligi taxmin qilinadi. Masalan, C-H, C-F va C-C1 aloqalarining uzunligi mos ravishda 0,107, 0,141 va 0,176 nm bo'lishi kerak va ular haqiqatan ham ko'pchilikda belgilangan qiymatlarga taxminan tengdir. org. bir nechta uglerod-uglerod aloqalarini o'z ichiga olmaydigan molekulalar; aks holda, tegishli yadrolararo masofalar kamayadi.
Van der Waals radiuslari asil gaz atomlarining samarali o'lchamlarini aniqlaydi. Shuningdek, bu radiuslar kimyoviy jihatdan bir-biriga bog'lanmagan eng yaqin bir xil atomlar orasidagi yadrolararo masofaning yarmiga teng ekanligiga ishoniladi. aloqa, ya'ni. masalan, turli molekulalarga tegishli. molekulyar kristallarda. Van der Waals radiuslarining qiymatlari atom radiuslarining qo'shilish printsipidan foydalangan holda, qo'shni molekulalarning kristallardagi eng qisqa kontaktlaridan topiladi. O'rtacha ular kovalent radiuslardan ~0,08 nm kattaroqdir. Van der Vaals radiuslarini bilish molekulalarning konformatsiyasini va ularning molekulyar kristallarda to'planishini aniqlash imkonini beradi. Molekulalarning energetik jihatdan qulay konformatsiyalari odatda valentlik bog'lanmagan atomlarning van-der-Vaals radiuslarining ustma-ust tushishi kichik bo'lgan konformatsiyalardir. Bir molekula ichida valentlik bog'langan atomlarning Van der Vaals sferalari bir-biriga yopishadi. Ext. Bir-biriga yopishgan sharlarning konturi molekulaning shaklini aniqlaydi. Molekulyar kristallar yaqin qadoqlash printsipiga bo'ysunadi, unga ko'ra ularning "van-der-Vaals qirrasi" bilan modellashtirilgan molekulalar bitta molekulaning "chiqishi" boshqasining "bo'shliqlari" ga mos keladigan tarzda joylashtirilgan. Ushbu fikrlardan foydalanib, kristallografiyani izohlash mumkin. ma'lumotlar va ba'zi hollarda molekulyar kristallarning tuzilishini bashorat qiladi.
Bilet 6.
Kimyoviy bog'lanish.
Atomlardan molekulalar, molekulyar ionlar, ionlar, kristall, amorf va boshqa moddalarning hosil bo'lishi o'zaro ta'sir qilmaydigan atomlarga nisbatan energiyaning kamayishi bilan birga keladi. Bunday holda, minimal energiya atomlarning bir-biriga nisbatan ma'lum bir joylashishiga to'g'ri keladi, bu elektron zichligining sezilarli darajada qayta taqsimlanishiga to'g'ri keladi. Atomlarni yangi shakllanishlarda ushlab turadigan kuchlar "kimyoviy bog'lanish" umumiy nomini oldi. Kimyoviy bog'lanishning eng muhim turlari: ion, kovalent, metall, vodorod, molekulalararo.
Elektron valentlik nazariyasiga ko'ra, kimyoviy bog'lanish valentlik orbitallarida elektronlarning qayta taqsimlanishi tufayli yuzaga keladi, natijada barqaror bog'lanish hosil bo'ladi. elektron konfiguratsiya ionlarning hosil bo'lishi (V. Kossel) yoki umumiy elektron juftlarining shakllanishi (G. Lyuis) tufayli asil gaz (oktet).
Kimyoviy bog'lanish energiya va uzunlik bilan tavsiflanadi. Bog'ning mustahkamligi o'lchovi - bu bog'lanishni uzish uchun sarflangan energiya yoki alohida atomlardan birikma hosil qilishda energiyaning ortishi (Eb). Shunday qilib, H√H bog'ini uzishga 435 kJmol √1, metan CH 4 √ 1648 kJmol √1 atomizatsiyasiga 1648 kJmol √1 sarflanadi, bu holda E C√H = 1648: 4 = 412 kJ. Bog' uzunligi (nm) √ ma'lum bir bog'lanishdagi yadrolar orasidagi masofa. Odatda, bog'lanish uzunligi va uning energiyasi bir-biriga ziddir: bog'lanish uzunligi qancha uzun bo'lsa, uning energiyasi shunchalik past bo'ladi.
Kimyoviy bog'lanish odatda o'zaro ta'sir qiluvchi atomlarni bog'laydigan chiziqlar bilan ifodalanadi; har bir zarba umumiy elektron juftiga teng. Ikkitadan ortiq atomni o'z ichiga olgan birikmalarda muhim xususiyat molekuladagi kimyoviy bog'lanishlar natijasida hosil bo'lgan va uning geometriyasini aks ettiruvchi bog'lanish burchagidir.
Molekulaning qutbliligi ikki markazli aloqani tashkil etuvchi atomlarning elektron manfiyligidagi farq, molekulaning geometriyasi, shuningdek, yolg'iz elektron juftlarining mavjudligi bilan belgilanadi, chunki molekuladagi elektron zichligining bir qismi lokalizatsiya qilinishi mumkin. obligatsiyalar yo'nalishi bo'yicha emas. Bog'ning qutbliligi uning ionli komponenti orqali, ya'ni elektron juftning ko'proq elektron manfiy atomga siljishi orqali ifodalanadi. Bog'lanishning qutbliligini uning dipol momenti m orqali ifodalash mumkin, elementar zaryad va dipol uzunligi ko'paytmasiga teng *) m = e l. Molekulaning qutbliligi uning dipol momenti orqali ifodalanadi, u ga teng vektor yig'indisi molekula bog'larining barcha dipol momentlari.
*) Dipol - bir-biridan birlik masofada joylashgan ikkita teng, lekin qarama-qarshi zaryadlar tizimi. Dipol momenti kulon metrlarda (Sm) yoki debyelarda (D) o'lchanadi; 1D = 0,33310 √29 Klm.
Bu omillarning barchasini hisobga olish kerak. Masalan, chiziqli molekula uchun CO 2 m = 0, lekin SO 2 m = 1,79 D burchakli tuzilishi tufayli. NF 3 va NH 3 ning dipol momentlari azot atomining bir xil gibridlanishi (sp 3), N√F va N√H aloqalarining taxminan bir xil polaritesi (OEO N = 3; OEO F = 4; OEO H = 2,1) ) va shunga o'xshash molekulyar geometriya sezilarli darajada farqlanadi, chunki NH 3 holatida vektor qo'shilishi paytida azot elektronlarining yolg'iz juftligining dipol momenti molekulaning m ni oshiradi va NF 3 holatida uni kamaytiradi.
Ionizatsiya energiyasi(E ion) deyiladi atomdan elektronni olib tashlash va atomni musbat zaryadlangan ionga aylantirish uchun sarflangan energiya.
Eksperimental ravishda atomlarning ionlanishi elektr maydonida ionlanish sodir bo'ladigan potentsial farqni o'lchash yo'li bilan amalga oshiriladi. Bu potentsial farq deyiladi ionlanish potentsiali(J). Ionlanish potentsialining o'lchov birligi eV/atom, ionlanish energiyasi uchun esa kJ/mol; bir qiymatdan ikkinchisiga o'tish munosabatlarga ko'ra amalga oshiriladi:
E ioni = 96,5 J
Birinchi elektronning atomdan chiqarilishi birinchi ionlanish potentsiali (J 1), ikkinchisi ikkinchi (J 2) va boshqalar bilan tavsiflanadi. Ketma-ket ionlanish potentsiallari ortadi (1-jadval), chunki har bir keyingi elektron musbat zaryadi bir marta ortib borayotgan iondan chiqarilishi kerak. Stoldan 1-rasm shuni ko'rsatadiki, litiyda J2 uchun, berilliyda - J3 uchun, borda - J4 uchun va boshqalar uchun ionlanish potentsialining keskin ortishi kuzatiladi. J ning keskin o'sishi tashqi elektronlarni olib tashlash tugashi va keyingi elektron oldingi tashqi energiya darajasida bo'lganda sodir bo'ladi.
1-jadval
Ikkinchi davr elementlari atomlarining ionlanish potentsiallari (eV/atom).
| Element | J 1 | J2 | J 3 | J 4 | J5 | J 6 | J 7 | J 8 |
| Litiy | 5,39 | 75,6 | 122,4 | – | – | – | – | – |
| berilliy | 9,32 | 18,2 | 158,3 | 217,7 | – | – | – | – |
| Bor | 8,30 | 25,1 | 37,9 | 259,3 | 340,1 | – | – | – |
| Uglerod | 11,26 | 24,4 | 47,9 | 64,5 | 392,0 | 489,8 | – | – |
| Azot | 14,53 | 29,6 | 47,5 | 77,4 | 97,9 | 551,9 | 666,8 | – |
| Kislorod | 13,60 | 35,1 | 54,9 | 77,4 | 113,9 | 138,1 | 739,1 | 871,1 |
| Ftor | 17,40 | 35,0 | 62,7 | 87,2 | 114,2 | 157,1 | 185,1 | 953,6 |
| Neon | 21,60 | 41,1 | 63,0 | 97,0 | 126,3 | 157,9 |
Ionlanish potentsiali elementning "metallligi" ning ko'rsatkichidir: u qanchalik past bo'lsa, elektronning atomdan ajralishi shunchalik oson bo'ladi va elementning metall xossalari shunchalik kuchli ifodalanishi kerak. Davrlar boshlanadigan elementlar uchun (litiy, natriy, kaliy va boshqalar) birinchi ionlanish potentsiali 4-5 eV / atomga teng va bu elementlar tipik metallardir. Boshqa metallar uchun J 1 qiymatlari yuqoriroq, lekin 10 eV / atomdan ko'p emas va metall bo'lmaganlar uchun odatda 10 eV / atomdan ko'p: azot 14,53 eV / atom, kislorod 13,60 eV / atom va boshqalar.
Birinchi ionlanish potentsiallari davrlarda ortadi va guruhlarda pasayadi (14-rasm), bu davrlarda metall bo'lmagan xususiyatlarning va guruhlarda metall bo'lganlarning ortishidan dalolat beradi. Shuning uchun, metall bo'lmaganlar yuqori o'ng qismida, metallar esa davriy jadvalning pastki chap qismida joylashgan. Metalllar va metall bo'lmaganlar o'rtasidagi chegara "loyqa", chunki Aksariyat elementlar amfoter (ikki) xususiyatga ega. Biroq, bunday an'anaviy chegara chizilgan bo'lishi mumkin, u bu erda sinfda va ma'lumotnomada mavjud bo'lgan davriy jadvalning uzun (18 hujayrali) shaklida ko'rsatilgan.
Guruch. 14. Ionlanish potentsialining bog'liqligi
birinchi - beshinchi davrlar elementlarining atom sonidan.
10-misol. Natriyning ionlanish potentsiali 5,14 eV/atom, uglerodniki esa 11,26 eV/atom. Ularning ionlanish energiyasi qanday?
Yechim. 1) E ion (Na) = 5,14 96,5 = 496,0 kJ/mol
2) E ion (C) = 11,26·96,5 = 1086,6 kJ/mol
Bu munosabatning amaliy ahamiyati shundaki, o'lchash nisbatan oson bo'lgan m ni bilib, D ni aniqlash mumkin,
to'g'ridan-to'g'ri aniqlash juda qiyin.
Ambipolyar diffuziya
Elektronlar ham, ionlar ham gaz chiqarish plazmasida tarqaladi. Diffuziya jarayoni quyidagicha ko'rinadi. Yuqori harakatchanlikka ega bo'lgan elektronlar ionlarga qaraganda tezroq tarqaladi. Shu tufayli elektronlar va orqada qolgan musbat ionlar o'rtasida elektr maydoni hosil bo'ladi. Bu maydon elektronlarning keyingi tarqalishini inhibe qiladi va aksincha, ionlarning tarqalishini tezlashtiradi. Ionlar elektronlar tomon tortilganda, bu elektr maydoni zaiflashadi va elektronlar yana ionlardan ajralib chiqadi. Bu jarayon doimiy ravishda sodir bo'ladi. Ushbu diffuziya ambipolyar diffuziya deb ataladi, uning koeffitsienti
D amb = |
D e m va + D va m e |
|||
m e + m va |
||||
bu erda D e, D va |
– elektron va ionlarning diffuziya koeffitsientlari; m e, m va – |
|||
elektron va ionlarning harakatchanligi. |
||||
D e >> D u va m e >> m va bo'lgani uchun, shunday bo'ladi |
D va m e ≈ D e m va, |
|||
shuning uchun D amb ≈ 2D va. Bunday diffuziya, masalan, porlash razryadning musbat ustunida sodir bo'ladi.
1.6. Atom va molekulalarning qo'zg'alishi va ionlanishi
Ma'lumki, atom musbat ion va elektronlardan iborat bo'lib, ularning soni elementning soni bilan belgilanadi. davriy jadval DI. Mendeleev. Atomdagi elektronlar ma'lum energiya darajasida bo'ladi. Agar elektron tashqaridan bir oz energiya olsa, u ko'proq harakat qiladi yuqori daraja, bu qo'zg'alish darajasi deb ataladi.
Odatda elektron qisqa vaqt davomida qo'zg'alish darajasida, taxminan 10-8 s. Elektron muhim energiya olganida, u yadrodan shunchalik uzoq masofaga o'tadiki, u bilan aloqani yo'qotadi va erkin bo'ladi. Yadro bilan eng kam bog'langan valent elektronlar bo'lib, ular yuqori energiya darajasida joylashgan va shuning uchun atomdan osonroq ajralib turadi. Atomdan elektronni olib tashlash jarayoni ionlanish deb ataladi.
Shaklda. 1.3-rasmda atomdagi valentlik elektronning energetik rasmi keltirilgan. Bu erda W o - elektronning asosiy darajasi, W mst - metastabil daraja
nal darajasi, W 1,W 2 - qo'zg'alish darajalari (birinchi, ikkinchi va boshqalar).
I qism. 1-bob. Gaz razryaddagi elektron va ion jarayonlari
Guruch. 1.3. Atomdagi elektronning energiya tasviri
W ′ = 0 elektronning atom bilan aloqasini yo'qotgan holat. W va = W ′ - W o qiymati
ionlanish energiyasi. Ba'zi gazlar uchun ushbu darajalarning qiymatlari jadvalda keltirilgan. 1.3.
Metastabil daraja elektronning unga o'tishi va undan o'tishi taqiqlanganligi bilan tavsiflanadi. Bu daraja almashinish o'zaro ta'siri deb ataladigan narsa bilan to'ldiriladi, bunda tashqi elektron W mst darajasiga tushganda va ortiqcha.
elektron atomni tark etadi. Metastabil darajalar gaz deşarj plazmasida sodir bo'ladigan jarayonlarda muhim rol o'ynaydi, chunki yoqilgan normal daraja Elektron 10-8 s qo'zg'aladi va metastabil darajada - 10-2 ÷ 10-3 s.
1.3-jadval
Energiya, eV |
CO2 |
||||||||
W qasos |
|||||||||
Atom zarralarining qo'zg'alish jarayoni rezonansli nurlanishning tarqalishi deb ataladigan hodisa orqali ionlanishni ham aniqlaydi. Bu hodisa shundan iboratki, hayajonlangan atom normal holatga qaytib, keyingi atomni qo'zg'atuvchi yorug'lik kvantini chiqaradi va hokazo. Rezonans nurlanishning diffuziya hududi fotonning o'rtacha erkin yo'li l n bilan belgilanadi, bu
atom zarrachalarining zichligi bo'yicha elaklar n. Demak, n= 1016 sm-3 l n =10-2 ÷ 1 da
qarang.Rezonans nurlanishning diffuziya hodisasi metastabil darajalarning mavjudligi bilan ham aniqlanadi.
Bosqichli ionlanish turli sxemalar bo'yicha sodir bo'lishi mumkin: a) birinchi elektron yoki foton neytralni qo'zg'atadi.
neytron zarrasi, ikkinchi elektron yoki foton esa valent elektronga qo'shimcha energiya berib, bu neytral zarraning ionlanishiga olib keladi;
I qism. 1-bob. Gaz razryaddagi elektron va ion jarayonlari
atom va bu vaqtda hayajonlangan atom normal holatga o'tadi va energiyani oshiradigan yorug'lik kvantini chiqaradi.
v) nihoyat, ikkita hayajonlangan atom bir-biriga yaqin bo'ladi. Bunday holda, ulardan biri normal holatga o'tadi va ikkinchi atomni ionlashtiradigan yorug'lik kvantini chiqaradi.
Shuni ta'kidlash kerakki, bosqichma-bosqich ionlanish tez elektronlar kontsentratsiyasi (energiyalari ga yaqin) bo'lganda samarali bo'ladi.
to W va ), fotonlar va hayajonlangan atomlar juda katta. Bu
ionlanish yetarli darajada kuchayganda sodir bo'ladi. O'z navbatida, atomlar va molekulalarga tushadigan fotonlar ham qo'zg'alish va ionlanishni keltirib chiqarishi mumkin (to'g'ridan-to'g'ri yoki bosqichma-bosqich). Gaz razryaddagi fotonlarning manbai elektron ko'chkining nurlanishidir.
1.6.1. Molekulalarning qo'zg'alishi va ionlanishi
Molekulyar gazlar uchun, atomlardan farqli o'laroq, aylanish va tebranish harakatlarini bajaradigan molekulalarning o'zlarini qo'zg'atish imkoniyatini hisobga olish kerak. Bu harakatlar ham kvantlangan. Shokning energiyasi da aylanish harakati 10-3÷ 10-1 eV, tebranish harakati bilan esa 10-2 ÷ 1 eV.
Elektronning atom bilan elastik to'qnashuvi paytida elektron yo'qoladi
energiyangizning muhim qismi |
W=2 |
≈ 10 |
− 4 Vt. Qachon a |
|||
Elektron molekula bilan o'zaro ta'sirlashganda, elektron molekulalarning aylanish va tebranish harakatini qo'zg'atadi. Ikkinchi holda, elektron 10-1 ÷ 1 eV gacha ayniqsa muhim energiyani yo'qotadi. Shuning uchun hayajon tebranish harakatlari molekulalar elektrondan energiya olishning samarali mexanizmidir. Bunday mexanizm mavjud bo'lganda elektronning tezlashishi to'sqinlik qiladi va elektron ionlanish uchun etarli energiya olishi uchun kuchliroq maydon talab qilinadi. Shuning uchun molekulyar gazning parchalanishi bir xil elektrodlararo masofada va teng bosimda atom (inert) gazning parchalanishiga qaraganda yuqori kuchlanishni talab qiladi. Buni jadvaldagi ma'lumotlar ko'rsatadi. 1.4, bu erda l t, S t va U pr atomlarining qiymatlari taqqoslanadi
atmosfera bosimida nal va molekulyar gazlar va d = 1,3 sm.
I qism. 1-bob. Gaz razryaddagi elektron va ion jarayonlari
1.4-jadval |
||||||||||
Xarakterli |
Gazning nomi |
|||||||||
S t 10 − 16, sm2 |
||||||||||
U pr, kV |
||||||||||
Stoldan 1.4 aniq ko'rinib turibdiki, transport ko'ndalang kesimlari S t molekulyar uchun
qutbli gazlar va argonni solishtirish mumkin, ammo argonning parchalanish kuchlanishi sezilarli darajada past bo'ladi.
1.7. Termal ionlanish
Yuqori haroratlarda gaz ionlanishi atom zarralarining kinetik energiyasining ortishi hisobiga sodir bo'lishi mumkin, bu termal ionlanish deb ataladi. Shunday qilib, Na, K, Cs bug'lari uchun termal ionlanish bir necha ming daraja haroratda, havo uchun esa taxminan 104 daraja haroratda muhim ahamiyatga ega. Atomlarning (molekulalarning) harorat ortishi va ionlanish potentsialining pasayishi bilan termal ionlanish ehtimoli ortadi. Oddiy haroratlarda termal ionlanish ahamiyatsiz bo'lib, amalda faqat kamon zaryadi paydo bo'lganda ta'sir qilishi mumkin.
Ammo shuni ta'kidlash kerakki, 1951 yilda Hornbek va Molnar monoenergetik elektronlar sovuq inert gazlar orqali o'tganda, ionlar faqat atomlarni qo'zg'atishga, lekin ionlashtirmaslik uchun etarli bo'lgan elektron energiyasida hosil bo'lishini aniqladilar. Bu jarayon assotsiativ ionlanish deb ataladi.
Assotsiativ ionlanish ba'zan elektronlar juda kam bo'lgan joylarda ionlanish to'lqinlari va uchqun razryadlarining tarqalishida muhim rol o'ynaydi. U yerda allaqachon ionlashgan hududlardan chiqadigan yorug'lik kvantlarining yutilishi natijasida hayajonlangan atomlar hosil bo'ladi. O'rtacha isitiladigan havoda, 4000-8000 K haroratda, molekulalar etarlicha dissotsiatsiyalangan, ammo ko'chki rivojlanishi uchun elektronlar hali ham juda kam. Asosiy ionlanish mexanizmi qo'zg'atilmagan N va O atomlari ishtirok etadigan reaktsiyadir.
Assotsiativ ionlanish quyidagi sxema bo'yicha davom etadi N + O + 2. 8 eV ↔ NO + + q. 2,8 eV etishmayotgan energiya atomlarning nisbiy harakatining kinetik energiyasidan olinadi.
IONLASHMA - atom va molekulalarning ionlarga aylanishi. Ionlanish darajasi - ionlar sonining birlik hajmdagi neytral zarrachalar soniga nisbati. Katta ensiklopedik lug'at
Yuklanmoqda...