淺談A Level 化學(xué)中電離能的影響因素及變化趨勢(shì)與普高教學(xué)的差異

摘要：本文通過(guò)比較AL化學(xué)教材與普高選修三教材中有關(guān)電離能的影響因素及變化趨勢(shì)，說(shuō)明AL化學(xué)中的有關(guān)內(nèi)容講解較為詳實(shí)，易于理解，教學(xué)效果較好。

關(guān)鍵詞：AL化學(xué)；電離能；影響因素；變化趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-1578（2018）28-0179-01

本人大學(xué)畢業(yè)后就一直從事高中化學(xué)教學(xué)，2013年在我校成立了國(guó)際部后很有幸能夠從事A Level化學(xué)教學(xué)。在英文原版A Level教材中，我接觸到了一些普高教學(xué)中沒(méi)有講過(guò)的理論和一些比較前沿的新穎的知識(shí)，并且我發(fā)現(xiàn)在用這些理論給學(xué)生講解時(shí)學(xué)生們不僅理解得更透徹而且擴(kuò)充了知識(shí)面，其中我印象比較的是電離能的影響因素和變化趨勢(shì)，下面就談一下以上兩方面的問(wèn)題與您共勉。第一電離能的定義是氣態(tài)基態(tài)電中性原子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量。電離能的大小反映了金屬元素的失電子能力即金屬性的強(qiáng)弱。在選修3物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一書(shū)中，僅僅在17頁(yè)講述了電離能的定義以及同周期同主族電離能的變化趨勢(shì)，并沒(méi)有講原因。全文加上兩幅圖片僅用了一頁(yè)半的篇幅。而在A Level 化學(xué)教材中用8開(kāi)的書(shū)講了4頁(yè)。

本書(shū)首先講了影響電離能的三個(gè)因素（Three factors that influence ionization energies ），原子的核電荷數(shù)；電子離原子核的距離和內(nèi)層電子的屏蔽效應(yīng)。其中The first is the size of the nuclear charge （即原子的核電荷數(shù)），電離能隨著質(zhì)子數(shù)的增加而增加。原因是隨著質(zhì)子數(shù)增加，原子核內(nèi)的正性越強(qiáng)，則原子核對(duì)外層電子的引力越大，因此如果失去一個(gè)電子需要克服這個(gè)吸引力所需要的能量越多，則電離能越大。

The second is distance of outer electrons from the nucleus（即外層電子離核的距離），外層電子離原子核越遠(yuǎn)，電離能越小。因?yàn)楫?dāng)他們的距離增加后，正負(fù)電荷之間的吸引力迅速減小。因此，電子離原子核越遠(yuǎn)，失電子能力越強(qiáng)，則電離能越小。

The third is shielding effect of inner electrons（內(nèi)層電子的屏蔽效應(yīng)）。屏蔽效應(yīng)是由于其它電子對(duì)某一電子的排斥作用而抵消了一部分核電荷，從而引起有效電荷降低，削弱了核電荷對(duì)該電子的吸引。因?yàn)殡娮訉釉蕉?，?nèi)層電子對(duì)外層電子的屏蔽越大，外層電子對(duì)原子核的吸引力越小。

那么，電離能的變化趨勢(shì)如何呢？

⑴同周期從左至右電離能的變化趨勢(shì)是怎樣的？

同周期從左至右電離能的變化趨勢(shì)是呈增大趨勢(shì)。在講本部分內(nèi)容的時(shí)候，建議先講電離能的影響因素，讓學(xué)生自己分析其變化趨勢(shì)。實(shí)踐證明學(xué)生學(xué)生分析分析掌握較好。因?yàn)橥芷趶淖笾劣液穗姾蓴?shù)增加，原子核離外層電子的距離不變，內(nèi)層電子的屏蔽保持不變。因此電離能隨著質(zhì)子數(shù)的增加而增加。

⑵同主族元素從上往下電離能的變化趨勢(shì)是怎樣的？

同主族元素從上往下電離能的變化趨勢(shì)是迅速減小。因?yàn)樵雍穗x外層電子的距離增加；內(nèi)層電子的屏蔽效應(yīng)增加；這兩個(gè)因素超過(guò)了核電荷數(shù)的增加，而距離增加和屏蔽效應(yīng)增加都會(huì)引起電離能減小。

⑶那么鈹（Be）和 硼 （B） 的誰(shuí)的電離能強(qiáng)？

在普高選修三中講的是由于鈹?shù)碾娮訉咏Y(jié)構(gòu)的2p亞層沒(méi)有電子，而硼的電子層結(jié)構(gòu)的2p亞層只有一個(gè)電子，根據(jù)洪特規(guī)則的特例，在等價(jià)軌道上（同一能級(jí)）如s， p， d， f亞層電子排布處于全空，半充滿和全充滿狀態(tài)時(shí)，該元素的原子具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。例如24號(hào)鉻元素的電子層結(jié)構(gòu)是[Ar]3d54s1，而不是[Ar] 3d44s2，銅的電子層結(jié)構(gòu)是[Ar]3d104s1而不是[Ar] 3d94s2。由于鈹?shù)?p亞層處于全空狀態(tài)，因此鈹較硼穩(wěn)定而電離能鈹比硼稍微大一點(diǎn)。

而在AL化學(xué)中是這樣講解的：由于鈹?shù)耐芷陔婋x能呈增大趨勢(shì)，那么鈹?shù)碾娯?fù)性比硼稍微小一點(diǎn)。因?yàn)樵雍穗x外層電子的距離稍微增加了一點(diǎn)；內(nèi)層電子的屏蔽效應(yīng)稍微增加了一點(diǎn)；以上兩個(gè)因素都超過(guò)了核電荷數(shù)的增加，因此，電離能鈹（Be）比硼 （B） 的電離能稍微大一點(diǎn)。

⑷那么氮和氧的電離能誰(shuí)大呢？

在普高選修三中講的是由于氧的電子層結(jié)構(gòu)的2p亞層有4個(gè)電子，而氮的電子層結(jié)構(gòu)的2p亞層只有3個(gè)電子，處于半充滿狀態(tài)。根據(jù)洪特規(guī)則的特例，因此氮原子的電子層結(jié)構(gòu)比氧穩(wěn)定而電離能氮比氧稍微大一點(diǎn)。

而在AL化學(xué)中是這樣講解的：氧原子比氮原子多一個(gè)質(zhì)子和電子，因此你會(huì)認(rèn)為氧的電離能大于氮。然而，額外的成對(duì)電子自旋的排斥使得失去該原子軌道的電子需要較少的能量。因?yàn)榈碾娮訉咏Y(jié)構(gòu)是1s22s22p3，氮原子的2p亞層上3個(gè)電子分占了3個(gè)不同的軌道。而氧的電子層結(jié)構(gòu)是1s22s22p4，其中一個(gè)2p亞層的軌道中有2個(gè)電子，即有一對(duì)成對(duì)電子。這一對(duì)電子在同一軌道中都帶負(fù)電它們之間存在較大的斥力，失去這個(gè)電子較為容易。因此氮原子的電離能比氧原子大。

綜上所述，電離能的知識(shí)在高中階段是學(xué)生學(xué)習(xí)是難點(diǎn)，通過(guò)具體分析電離能的影響因素讓學(xué)生自己分析電離能的變化趨勢(shì)，教學(xué)效果良好。著名教育教葉圣陶說(shuō)：“教師教各種學(xué)科，其最終目的在達(dá)到不復(fù)需教，而學(xué)生能自為研索、自求解決。”不教之教，是真正的教，最大的教，是教學(xué)的最高境界。

作者簡(jiǎn)介：余江柳；碩士研究生學(xué)歷，中學(xué)教師一級(jí)；研究方向：高中化學(xué)教學(xué)。重要榮譽(yù)：本文收錄到教育理論網(wǎng)。