概述

第一电离能的周期递变规律

应用

半导体

电离能大小：

概述

英语名称：Ionization Energy

介绍：基态的气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量称为元素的第一电离能。常用符号I表示。单位为kJ·mol-1（SI单位为J· mol-1）。

处于基态的气态原子失去一个电子生成+1价的气态阳离子所需要的能量称为第一电离能（I1）。由+1价气态阳离子再失去一个电子形成+2价气态阳离子时所需能量称为元素的第二电离能（I2）。第三、四电离能依此类推，且一般地I1<I2<I3…。由于原子失去电子必须消耗能量克服核对外层电子的引力，所以电离能总为正值。通常不特别说明，指的都是第一电离能。

电离能可以定量的比较气态原子失去电子的难易，电离能越大，原子越难失去电子，其还原性越弱；反之金属性越强。所以它可以比较元素的金属性强弱。影响电离能大小的因素是：有效核电荷、原子半径、和原子的电子构型。

第一电离能的周期递变规律

（1）同一周期主族元素从左到右作用到最外层电子上的有效核电荷逐渐增大，电离能呈增大趋势，表示元素原子越来越难失去电子。由碱金属元素，其电离能最小，到稀有气体由于具有稳定的电子层结构，其电离能最大。故同周期元素从强金属性逐渐变到非金属性，直至强非金属性。短周期的这种递变更为明显，因为同周期元素电子层数相同，但随着核电荷数增大和原子半径的减小，核对外层电子的有效吸引作用依次增强。

（2）同一周期副族元素从左至右，由于有效核电荷增加不多，原子半径减小缓慢，有电离能增加不如主族元素明显，只是随着原子序数的增加第一电离能从左至右略有增加。由于最外层只有两个电子，过渡元素均表现金属性。

（3）同一周期内元素的第一电离能在总体增大的趋势中有些曲折。当外围电子在能量相等的轨道上形成全空(p0, d0, fo)、半满(p3, d5, f7)或全满(p6, d10, f14)结构时，原子的能量较低，元素的第一电离能较大。

（4）同一主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越容易失去电子。这是因为同主族元素的价电子数相同，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的有效吸引作用逐渐减弱

（5）同一副族电离能变化不规则。

总之第一电离能的周期递变规律与原子半径和核外电子排布的周期性变化密切相关。

应用

电离能的大小可以用来衡量原子失去电子的难易，也可以用来判断原子失去电子的数目和形成的阳离子所带的电荷。如果I2>>I1，则原子易形成+1价阳离子而不易形成+2价阳离子；如果I3>>I2>I1，即I在I2和I3之间突然增大，则元素R可以形成R+或R2+而难于形成R3+。

可归纳为：如果I(n+1)/In>>In/I(n-1)，即电离能在In与I(n+1)之间发生突变，则元素的原子易形成+n价离子而不易形成+(n+1)价离子。多数非金属元素原子的I1较大，难于失去电子形成阳离子而易于得到电子形成阴离子或与其他原子形成共用电子对。

半导体

对于半导体来说，电离能即为将电子从价带顶移到真空能级所需的最小能量

I = χs+Eg

其中I 为电离能，χs为电子亲合能，Eg为价带顶到导带底的能量差。

电离能大小：

1st–10th（第1到第10电离能） 单位：kJ/mol（千焦每摩尔）

原子序数　元素符号　1st　2nd　3rd　4th　5th　6th　7th　8th　9th　10th

1　H　1312.0

2　He　2372.3　5250.5

3　Li　520.2　7298.1　11815.0

4　Be　899.5　1757.1　14848.7　21006.6

5　B　800.6　2427.1　3659.7　25025.8　32826.7

6　C　1086.5　2352.6　4620.5　6222.7　37831　47277.0

7　N　1402.3　2856　4578.1　7475.0　9444.9　53266.6　64360

8　O　1313.9　3388.3　5300.5　7469.2　10989.5　13326.5　71330　84078.0

9　F　1681.0　3374.2　6050.4　8407.7　11022.7　15164.1　17868　92038.1　106434.3

10　Ne　2080.7　3952.3　6122　9371　12177　15238　19999.0　23069.5　115379.5　131432

11　Na　495.8　4562　6910.3　9543　13354　16613　20117　25496　28932　141362

12　Mg　737.7　1450.7　7732.7　10542.5　13630　18020　21711　25661　31653　35458

13　Al　577.5　1816.7　2744.8　11577　14842　18379　23326　27465　31853　38473

14　Si　786.5　1577.1　3231.6　4355.5　16091　19805　23780　29287　33878　38726

15　P　1011.8　1907　2914.1　4963.6　6273.9　21267　25431　29872　35905　40950

16　S　999.6　2252　3357　4556　7004.3　8495.8　27107　31719　36621　43177

17　Cl　1251.2　2298　3822　5158.6　6542　9362　11018　33604　38600　43961

18　Ar　1520.6　2665.8　3931　5771　7238　8781　11995　13842　40760　46186

19　K　418.8　3052　4420　5877　7975　9590　11343　14944　16963.7　48610

20　Ca　589.8　1145.4　4912.4　6491　8153　10496　12270　14206　18191　20385

21　Sc　633.1　1235.0　2388.6　7090.6　8843　10679　13310　15250　17370　21726

22　Ti　658.8　1309.8　2652.5　4174.6　9581　11533　13590　16440　18530　20833

23　V　650.9　1414　2830　4507　6298.7　12363　14530　16730　19860　22240

24　Cr　652.9　1590.6　2987　4743　6702　8744.9　15455　17820　20190　23580

25　Mn　717.3　1509.0　3248　4940　6990　9220　11500　18770　21400　23960

26　Fe　762.5　1561.9　2957　5290　7240　9560　12060　14580　22540　25290

27　Co　760.4　1648　3232　4950　7670　9840　12440　15230　17959　26570

28　Ni　737.1　1753.0　3395　5300　7339　10400　12800　15600　18600　21670

29　Cu　745.5　1957.9　3555　5536　7700　9900　13400　16000　19200　22400

30　Zn　906.4　1733.3　3833　5731　7970　10400　12900　16800　19600　23000

31　Ga　578.8　1979.3　2963　6180

32　Ge　762　1537.5　3302.1　4411　9020

33　As　947.0　1798　2735　4837　6043　12310

34　Se　941.0　2045　2973.7　4144　6590　7880　14990

35　Br　1139.9　2103　3470　4560　5760　8550　9940　18600

36　Kr　1350.8　2350.4　3565　5070　6240　7570　10710　12138　22274　25880

37　Rb　403.0　2633　3860　5080　6850　8140　9570　13120　14500　26740

38　Sr　549.5　1064.2　4138　5500　6910　8760　10230　11800　15600　17100

39　Y　600　1180　1980　5847　7430　8970　11190　12450　14110　18400

40　Zr　640.1　1270　2218　3313　7752　9500

41　Nb　652.1　1380　2416　3700　4877　9847　12100

42　Mo　684.3　1560　2618　4480　5257　6640.8　12125　13860　15835　17980

43　Tc　702　1470　2850

44　Ru　710.2　1620　2747

45　Rh　719.7　1740　2997

46　Pd　804.4　1870　3177

47　Ag　731.0　2070　3361

48　Cd　867.8　1631.4　3616

49　In　558.3　1820.7　2704　5210

50　Sn　708.6　1411.8　2943.0　3930.3　7456

51　Sb　834　1594.9　2440　4260　5400　10400

52　Te　869.3　1790　2698　3610　5668　6820　13200

53　I　1008.4　1845.9　3180

54　Xe　1170.4　2046.4　3099.4

55　Cs　375.7　2234.3　3400

56　Ba　502.9　965.2　3600

57　La　538.1　1067　1850.3　4819　5940

58　Ce　534.4　1050　1949　3547　6325　7490

59　Pr　527　1020　2086　3761　5551

60　Nd　533.1　1040　2130　3900

61　Pm　540　1050　2150　3970

62　Sm　544.5　1070　2260　3990

63　Eu　547.1　1085　2404　4120

64　Gd　593.4　1170　1990　4250

65　Tb　565.8　1110　2114　3839

66　Dy　573.0　1130　2200　3990

67　Ho　581.0　1140　2204　4100

68　Er　589.3　1150　2194　4120

69　Tm　596.7　1160　2285　4120

70　Yb　603.4　1174.8　2417　4203

71　Lu　523.5　1340　2022.3　4370　6445

72　Hf　658.5　1440　2250　3216

73　Ta　761　1500

74　W　770　1700

75　Re　760　1260　2510　3640

76　Os　840　1600

77　Ir　880　1600

78　Pt　870　1791

79　Au　890.1　1980

80　Hg　1007.1　1810　3300

81　Tl　589.4　1971　2878

82　Pb　715.6　1450.5　3081.5　4083　6640

83　Bi　703　1610　2466　4370　5400　8520

84　Po　812.1

85　At　890±40

86　Rn　1037

87　Fr　380

88　Ra　509.3　979.0

89　Ac　499　1170

90　Th　587　1110　1930　2780

91　Pa　568

92　U　597.6　1420

93　Np　604.5

94　Pu　584.7

95　Am　578

96　Cm　581

97　Bk　601

98　Cf　608

99　Es　619

100　Fm　627

101　Md　635

102　No　642

103　Lr　470

104　Rf　580　11th–20th（第11到第20电离能）

原子序数　元素符号　11th　12th　13th　14th　15th　16th　17th　18th　19th　20th

11　Na　159076

12　Mg　169988　189368

13　Al　42647　201266　222316

14　Si　45962　50502　235196　257923

15　P　46261　54110　59024　271791　296195

16　S　48710　54460　62930　68216　311048　337138

17　Cl　51068　57119　63363　72341　78095　352994　380760

18　Ar　52002　59653　66199　72918　82473　88576　397605　427066

19　K　54490　60730　68950　75900　83080　93400　99710　444880　476063

20　Ca　57110　63410　70110　78890　86310　94000　104900　111711　494850　527762

21　Sc　24102　66320　73010　80160　89490　97400　105600　117000　124270　547530

22　Ti　25575　28125　76015　83280　90880　100700　109100　117800　129900　137530

23　V　24670　29730　32446　86450　94170　102300　112700　121600　130700　143400

24　Cr　26130　28750　34230　37066　97510　105800　114300　125300　134700　144300

25　Mn　27590　30330　33150　38880　41987　109480　118100　127100　138600　148500

26　Fe　28000　31920　34830　37840　44100　47206　122200　131000　140500　152600

27　Co　29400　32400　36600　39700　42800　49396　52737　134810　145170　154700

28　Ni　30970　34000　37100　41500　44800　48100　55101　58570　148700　159000

29　Cu　25600　35600　38700　42000　46700　50200　53700　61100　64702　163700

30　Zn　26400　29990　40490　43800　47300　52300　55900　59700　67300　71200

36　Kr　29700　33800　37700　43100　47500　52200　57100　61800　75800　80400

38　Sr　31270

39　Y　19900　36090

42　Mo　20190　22219　26930　29196　52490　55000　61400　67700　74000　80400　21st–30th（第21到第30电离能）

原子序数　元素符号　21st　22nd　23rd　24th　25th　26th　27th　28th　29th　30th

21　Sc　582163

22　Ti　602930　639294

23　V　151440　661050　699144

24　Cr　157700　166090　721870　761733

25　Mn　158600　172500　181380　785450　827067

26　Fe　163000　173600　188100　195200　851800　895161

27　Co　167400　178100　189300　204500　214100　920870　966023

28　Ni　169400　182700　194000　205600　221400　231490　992718　1039668

29　Cu　174100　184900　198800　210500　222700　239100　249660　1067358　1116105

30　Zn　179100

36　Kr　85300　90400　96300　101400　111100　116290　282500　296200　311400　326200

42　Mo　87000　93400　98420　104400　121900　127700　133800　139800　148100　154500