Как изменяется первый потенциал ионизации с ростом порядкового номера элементов в главной и побочной подгруппах

Строение атомов элементов 2 группы


Задача 1004. 
Рассмотреть особенности строения атомов элементов II группы. Как изменяется первый потенциал ионизации с ростом порядкового номера элементов в главной и побочной подгруппах? 
Решение:
Общая электронная конфигурация валентных подуровней элементов IIА-подгруппы соответствует формуле ns2. Атомы s2-металлов сильнее удерживают валентные электроны, чем атомы щелочных металлов (ns1), так как  их экранирующие электронные оболочки одинаковы, а заряды ядер на единицу больше. Это отражается в гораздо более высоких значениях первой и второй энергий ионизации и существенно меньших радиусах атомов. Атомы элементов IIА-подгруппы, превращаясь в катионы теряют сразу два валентных электрона. Это объясняется близостью значений первой и второй энергии ионизации (I2 не превышает I1 более чем в два раза). Третья энергия ионизации (потенциал ионизации) у всех s2-металлов значительно больше второй (у бериллия – в 8,4 раза, у бария – в 3,7 раза). Затраты энергии на удаление третьего электрона не могут компенсироваться образованием химической связи, поэтому трёхзарядных катионов у s2-металлов в химических соединениях не бывает. Катионы элементов имеют электронные оболочки благородных газов и очень устойчивы. Элементы IIБ-подгруппы имеют общую электронную формулу (n-1)d10ns2, они являются последними элементами переходных рядов. Их химические свойства во многом определяются наличием в их атомах завершённых d-подуровней. Общая характерная для всех элементов IIВ-металлов степень окисления равна +2, т.е. атомы легко теряют два s-электрона. Удаление же электронов с d-подуровней связано с такими затратами энергии, которые не могут быть скомпенсированы образованием химических связей. Поэтому более высокие чем +2 степени окисления для элементов IIВ-подгруппы невозможны. Энергии ионизации элементов IIВ-подгруппы в сравнении с элементами IIА-подгруппы имеют значительно большие величины. Объясняется это тем, что радиусы атомов и ионов элементов IIВ-подгруппы имеют меньшие значения, чем у элементов IIА-подгруппы. Наличие в предпоследнем слоен IIВ-металлов 18 электронов, а не 2 или 8, как у IIА-металлов, создаёт больший эффективный заряд и экранирующий эффект электронов, что и способствует значительному уменьшению радиусов атомов и катионов. Высокое значение второй энергии ионизации (I2) у бериллия объясняется тем, что его атом имеет самый маленький радиус из всех элементов II-группы и очень устойчивый s-подуровень.


Потенциал ионизации атома бериллия и лития

Задача 1005. 
Почему первый потенциал ионизации атома бериллия (9,32 В) выше, чем у атома лития (5,39 В), а второй потенциал ионизации (18,21 В) ниже, чем у атома лития (75,64 В)?
Решение:
В периодах с ростом порядкового номера увеличивается заряд ядра, проявляется тенденция к уменьшению размеров атомов. Поэтому электростатическое притяжение электронов у бериллия будет выше, чем у лития, что и будет требовать значительно большего количества энергии для отрыва 1-го электрона у бериллия. У атома лития на внешнем электронном слое размещается один электрон, а у атома бериллия – два. Внешние электроны обладают более высокой энергией, чем электроны предпоследнего слоя, поэтому их отрыв от атома требует сравнительно небольших энергетических затрат. Отрыв второго электрона требует дополнительного увеличения энергии; поэтому энергия ионизации второго электрона (I2)  будет значительно выше, чем энергия ионизации первого электрона (I1). У атома бериллия I2 будет иметь меньшее значение, чем у атома лития, потому что у бериллия отрывается второй электрон от внешнего слоя, а у лития – отрывается второй электрон от предшествующего (предпоследнего) слоя, что, естественно, требует затрат большего количества энергии для отрыва электрона от атома.