Рассмотрение энергий ионизации в рамках модели атома, предложенной Бором
Бор предположил, что электрон в атоме водорода может находиться только на строго определенных квантовых уровнях энергии. Это утверждение относится и к другим элементам. Согласно модели Бора, электроны в атомах вращаются вокруг ядра по круговым орбитам, или оболочкам. Каждая оболочка имеет строго определенный энергетический уровень и характеризуется некоторым квантовым числом. Электроны вращаются на этих оболочках со строго определенным угловым моментом. Значение этого углового момента зависит от квантового числа оболочки. Оболочки получили буквенные обозначения К, L, М и далее в порядке латинского алфавита. На каждой оболочке может находиться не больше определенного числа электронов, и это максимальное число электронов индивидуально для каждой оболочки (рис. 1.15).
Рис. 1.15. Модель строения атома, предложенная Бором.
Как будет показано ниже в данной главе, а также в гл. 11, распределение электронов по оболочкам соответствует расположению химических элементов в периодической таблице. Такое распределение электронов соответствует также определенным закономерностям, которые обнаруживаются в значениях энергий ионизации элементов. Например, первые энергии ионизации элементов, как правило, уменьшаются при переходе от одного элемента к другому сверху вниз в пределах одной группы (табл. 1.3). Дело в том, что по мере продвижения к нижней части группы
Таблица 1.3. Первые энергии ионизации и электронные конфигурации некоторых элементов
Рис. 1.16. Первая энергия ионизации для элементов с атомным номером от 1 до 20.
Рис. 1.17. Последовательные энергии ионизации атома калия.
электроны на внешней оболочке атома оказываются все более удаленными от ядра. Поэтому ядро все слабее притягивает электроны, а это облегчает их удаление из атома. Другая закономерность заключается в том, что по мере продвижения слева направо в каждом периоде энергии ионизации элементов постепенно возрастают. Такое перемещение соответствует увеличению атомного номера и числа электронов во внешней оболочке атома.
Если построить график зависимости первых энергий ионизации элементов от их атомного номера (рис. 1.16), на нем обнаруживаются некоторые особенности. Высшие значения энергий ионизации принадлежат благородным газам. Атомы этих элементов имеют заполненную внешнюю электронную оболочку. Поэтому они очень устойчивы. Щелочные металлы характеризуются наименьшими энергиями ионизации. Каждый Из них имеет один электрон во внешней электронной оболочке атома и обладает очень большой реакционной способностью.
Интересные сведения о распределении электронов в атомах обнаруживаются также при сопоставлении первой, второй и следующих энергий ионизации какого-либо элемента со степенью ионизации, т. е. с числом удаленных электронов (например, первая ионизация имеет степень ионизации 1, вторая - степень 2 и т.д.). Если построить график зависимости десятичного логарифма энергий ионизации от степени ионизации, то на нем обнаруживается резкий скачок каждый раз, когда удаление электрона происходит из заполненной оболочки (рис. 1.17). Энергии ионизации последовательно возрастают при переходе от электронов на высших энергетических уровнях к электронам на самом низшем энергетическом уровне, т. е. на К-оболочке. Этого следовало ожидать, поскольку для удаления электрона с более низкого энергетического уровня требуется больше энергии, чем для удаления электрона с более высокого энергетического уровня (см. рис. 1.14).
