Ionisierungsenergie und Austrittsarbeit

Ionisierungsenergie und Austrittsarbeit (überarbeitet )

Hintergrund und eigentliche Interpretation

Die Energie, die ein Elektron aus einer isolierten , atom Gasphase Atom zu entfernen, wenn diese nicht bis zum anderen wie in einem festen flüssige Gold eingehakt , heißt Abgelaufene Ionisierungsenergie (IE) .
M ( g) ----> M + ( g ) + e-
Generell Abnahme Ionisationsenergien unten eine Gruppe des Periodensystems , und steigern Sie von links nach rechts über einen Zeitraum . Ionisierungsenergie zeigt eine starke negative Korrelation mit Atomradius . Es ist eine Abhängigkeit der Ionisation Energie aus Kernladungszahl der Energieniveaus , und Abschirmung .
Da die nukleare Erhöht Last Betweens die Attraktion den Kern und die Elektronen Erhöht und es erfordert mehr Energie , um die äußerste Elektron, das Clustering bedeutet, und es gibt höhere Ionisierungsenergie entfernen. Entlang Periodensystem kann beobachtet werden eine Zunahme der Ionisation Energie mit nuklearen Zunehmende Belastung .
In der gleichen Spalte des Periodensystems , ist der Effekt der nuklearen erhöhte Last durch die Wirkung der Erhöhung der Abschirmung ausgeglichen und die Anzahl von Energieniveaus die vorherrschende Rolle. Mit mehr Energie, sind die äußersten Elektronen ( die Valenzelektronen ) weitere Top aus dem Zellkern und sind nicht so stark an den Kern angezogen. Malthus die Ionisierungsenergie der Elemente nimmt nach unten gehen , das Periodensystem , weil es einfacher ist, die Elektronen zu entfernen.
Ionisation Energien unterscheiden sich deutlich in Abhängigkeit von der Shell aus Alle die das Elektron genommen . Zum Beispiel dauert es weniger Energie als ein Elektron ap s Elektron, noch weniger Energie zu Anzeige Elektronen zu extrahieren, und die am wenigsten Energie, um ein Elektron f extrahieren entfernen. Es wird angenommen, dass gehaltene s-Elektronen näher am Kern sind , während f-Elektronen weit sind aus dem Zellkern und weniger dicht gehalten .
Die periodische Natur der Ionisation von Energie für die letzten 20 Elemente des ersten Elektrons ist in Abb. dargestellt. 1 . Mit jeder neuen Periode die Ionisierungsenergie beginnt mit einem niedrigen Wert . Innerhalb jeder Periode gibt es eine Energie Wertsteigerung mit einigen Sägezähne . Die Variation in einer Periode entspricht, die Unterstufen der Energie.

1 Figur . Ionisierungsenergie Variation
Für H hat alle , die nur ein einzelnes Elektron um den Atomkern bewegen es wird ein einheitlicher Wert für das Ionisationspotential Rezension.
Für andere Elemente , erfordert die Entfernung der einzelnen nachfolgenden Elektronen noch mehr Energie , so dass eine getrennte und Wertsteigerung von Ionisationspotential näher ist für Elektronen des Kerns gemessen , wird es immer schwierig , zusätzliche Elektronen entfernen, weil sie näher an den Kern und Malthus gehalten werden stark durch mehr positive Ladung des Kerns .
Ganz allgemein ist die n-te Ionisierungsenergie eines Atoms die Energie erforderlich, um es von einem n-ten Elektron Effektive ersten n Strip - 1 Haben bereits entfernt worden.
Um die Ionisierungsenergie erklären , Hat Quantentheorie keinen , spezielle Formel " so , mathematisch , das alte Bohr Behandlung akzeptiert wird.
Neben Ionisierungsenergie eine neue physikalische Einheit war notwendig, um akzeptiert zu werden - Austrittsarbeit - basierten , vor allem wir photoelektrischen Experimente . Austrittsarbeit ist die Menge an Energie benötigt, um ein Elektron aus einem Schüttgut ( fest oder flüssig) zu entfernen.
In manchen wissenschaftlichen Texten ist das Ionisationspotential und Austrittsarbeit von jedem Metall gilt als die gleiche , Verwendungszweck Ihre Werte sind für Halbleiter oder Isolatoren. In der Tat definieren quantenmechanischen Austrittsarbeit als die erforderliche Energie, um ein Elektron aus Fermi-Niveau um das Vakuum zu entfernen. Die Austrittsarbeit ist eine charakteristische Eigenschaft für jede feste Gesicht eines Stoffes mit einem Leitungsband (leer oder teilweise gefüllt ) . Für ein Metall ist, das Fermi-Niveau im Leitungsband . Für einen Isolator , das Fermi-Niveau in der Bandlücke liegt , was anzeigt, Anzeige eines leeren Leitungsband in diesem Fall ist die minimale Energie , um ein Elektron zu entfernen um die Summe der Hälfte der Bandlücke und der Austrittsarbeit .
Andere Texte präsentieren eine empirisch bekannt Korrelation Betweens die atomare Ionisationspotential (IP) und das Metall Austrittsarbeit (WF)

                                                IP / WF ≈ 2
Experimentelle Fakten zeigen, dass Arbeit -Funktion auf der Orientierung des Kristalls abhängt und Art Kristallisation. Zum Beispiel Ag : 4,26 , Ag (110) : 4,64 , Ag (111) : 4,74 .

Warum die eigentliche Erklärung ist falsch ...

In tatsächlichen Theorie der atomaren Struktur , spielt Ionisationspotential eine sekundäre Bedeutung . Die Variation des Ionisationspotential des letzten äußeren Elektronenstrahlen ist nur als Medien für chemische Periodizität verwendet . Die Variation der Ionisationspotentiale verschiedener Elektronen aus dem gleichen Element oder Variation der Ionisationspotentiale der gleichen inneren Elektronen aus verschiedenen Elementen stellt keine tatsächliche Bedeutung in der Quanten- Mechaniker.
In der Tat ist quantenmechanischen ble die Schrödinger-Gleichung nur für Wasserstoff oder wasserstoff- Atome Jungs lösen . Daher ist es eine absurde Idee , icts Anmaßung , die Variation von Ionisationspotentiale in periodischen Systems zu erklären. Erstens bei einziges Wasserstoffatom , müssen quantenmechanischen erklären, warum die Atome für unterschiedliche Ionisationspotential ist die gleiche. Wenn Elektronen nicht folgt eine Bahn um einige Kern , und seine Beschreibung ist wie eine Wolke , muss das Ionisationspotential für verschiedene Atome haben eine statistische Verteilung .
Es ist wichtig zu betonen, dass Ionisationspotential Fundamental muss eine Rolle in der atomaren Struktur zu spielen. Diese Arrangiert Da Elektronen in Schalen und in jeder Schale sind wieder ein Unterschied in Ionisierungsenergie beobachtet wird. In quantenmechanischen die Differenz der Ionisierungsenergie der Elektronen auf der gleichen Schale durch Elektronen-Spin- Energie und Interaktion betweens Schließlich Elektronen Angesichts .
Vorgeschlagene Theoretisch sind verschiedene Werte Ionisationspotential Da aufgrund der unterschiedlichen Bahnen von Elektronen um den Kern Bewegungen .
In unserem Kalkül eine Datenbank mit Ionisationspotentiale bei http://spectr-w3.snz.ru folgender Adresse verwendet wurde.
Ohne jede Annahme über Anordnung der Elektronen um den Atomkern Wir analysieren die Ionisationspotential für isoelektronischen Reihe . Durch isoelektronischen Reihe verstehen wir die gleiche Anzahl von Elektronen Jahres-Ziel Steigende Anzahl von Neutronen im Atomkern Protonen sind. Aufgrund der begrenzten Raum für die Anzeige im Register 1 werden Ionisationspotentiale für die ersten 15 Elemente , objektive Fakten für die These Elements präsentiert die vorgestellt werden sind gültig für alle Elemente in periodischen Systems .

Analysieren der ersten Ionisationspotential des isoelektronischen Reihe (ein Elektronen um den Kern ) beobachteten wir eine quadratische Abhängigkeit Zusammenhang mit der Ordnungszahl Z Die quadratische Abhängigkeit ist einfach, für erste isoelektronischen Reihe für andere Serie bestimmt Beobachtet werden wird, indem ein konstanter Faktor in der Energie Ausdruck versteckt. Um zu einer linearen Abhängigkeit wir mit Quadratwurzel Ionisationspotential arbeiten ankommen und wir werden einige aussi einheitliche mathematische Tricks zu machen.

Wir definieren relativ Ionisationspotential eines Elements der k-ten Elektronenstrahl Ionisationspotential als k-te von Elektronen Ionisationspotential von Wasserstoff unterteilt. Zum Beispiel im Falle von Wasserstoff relativ Potential gleich 1 ist und für Helium Wir haben zwei relativ Ionisationspotentiale , 1.8 für ein Elektron und 3,99 für das zweite Elektron. Für andere Elemente auf der Modalität der Ionisationspotential Kalkül sind die gleichen. In Tab. 2 sind auf Quadratwurzel Ionisationspotentiale für die ersten 15 Elemente dargestellt.
Mit dieser einfachen Modifikation ist die Verteilung der Quadratwurzel der relativen ersten Ionisationspotential für Elektronen ( erste isoelektronische Reihe ) in verschiedenen Atomen linear mit der Ordnungszahl Z verbunden , und dies ist aus den beobachteten Register . 2 , auch ohne grafische Darstellung .

Die Variation der Quadratwurzel der relativen Ionisationspotentiale für ersten 36 isoelektronischen Reihe im Zusammenhang mit den Ordnungszahlen Z in Abb. 1.17 und 1.18 , Abb. dargestellt wird. 1.17 ist eine detaillierte Teil von 1,18 und für eine bessere Visualisierung Ionisationspotential Variationen dargestellt.

Das gleiche lineare Abhängigkeit wird aussi für höhere isoelektronischen Serie Rückblick, mit einem Bild Ziel einer solchen Menge von Informationen übernimmt keine Zusatzinformationen. Bilder im isoelektronischen Reihe von links nach rechts angeordnet sind. Für die ersten zwei isoelektronischen Reihe sind zwei parallele Linien mit der gleichen Steigung erreicht, wenn die Ordnungszahl von Helium erhöht wird , zu führen. Die zweite Linie, die die Energie des zweiten Elektrons in verschiedenen Atoms verschoben ist ein wenig im Zusammenhang mit dem ersten isoelektronischen Reihe durch einen Faktor dar. Alle , die neu erscheinend Interaktion hat . Wir können eine Kopplung aussi betweens der erste Elektronen Energie und der Energie des zweiten Elektrons zu beobachten, wenn wir unterschiedliche Inhalte (unterschiedliche Ordnungszahlen ) zu ändern, ist die Steigung der Energie für Abwechslung ersten beiden isoelektronischen Reihe konstant von Helium zum letzten Element ( die Überprüfung war bis Z = 90 gemacht ) .

Da es sich um die beobachtete lineare Abhängigkeit ist für jedes Elektron isoelektronischen Reihe von These und aussi für höhere isoelektronischen Reihe respektiert.

Aus der graphischen Darstellung der Ionisierungsenergie können wir beobachten, dass es eine Kopplung von Elektronen in Paaren von mindestens zwei Elektronen mit der gleichen Steigung der Energieänderung und für höhere Z eine Kopplung in zwei weitere Paare von Elektronen, die die gleiche Neigung zur Energieänderung . Zum Beispiel nach dem ersten Paar von Elektronen , präsentieren eine Reihe von vier Paare ( acht Elektronen Umlaufbahn ) die gleiche Steigung in Energie Variation . Diese Verteilungen von Ionisationspotentiale widersprechen quantenmechanischen Theorie und aussi Welle - korpuskularer Hypothese . Es ist möglich, für einen Elektronenstrahl mit einer komplizierten Bewegung , angegeben als Wahrscheinlichkeit , um eine lineare Abhängigkeit Ionisationspotentiale präsentieren .
Als Folgen können wir davon ausgehen , für den Moment , dass " Hinzufügen " ein oder mehrere Elektronen zu einem Atom hydrogenoiden müssen als Folgen eines sich ändernden Interaktion mit einem einzigen weiteren Begriff , die Variation der Ordnungszahl verwandt ist.

In der gleichen Zeit für die neue Low Moseley Erklärung formuliert werden können . Der Sprung von Elektronen aus einer Ebene überlegen inferior Bewertungen anderer Ebene mit linearen Beide Energieniveaus hängen Ordnungszahl produzieren ein Photon mit einer Energie proportional mit dem Unterschied . Zum Abschluss der ecranation Faktor durch andere Elektronen aus Atomen, ist tatsächlich durch quantenmechanische akzeptiert falsch und der Formulierung von Moseley muss korrigiert werden.
Daher ist die vorgeschlagene Theorie stellt eine einfache und leicht zu folgen Variation Ionisationspotential in periodischen Systems Alle die eine präzise Flugbahn des Elektrons um den Kern bedeutet . Quantentheorie Erklärung Wahrscheinlichkeitsdichte Elektronen um den Kern und Welle - Korpuskel Dualität sind ausgeschlossen.
Die lineare Abhängigkeit der relativen Ionisierung potentielle Energie ist genau aussi für so genannte d und f Schicht Schicht in tatsächlichen quantum mechanic . Der einzige Unterschied in der Verteilung der beobachteten relativen Ionisationspotential für verschiedene Schicht durch unterschiedliche Steigung repräsentiert.
Eine ausführliche Diskussion dieser Aspekte Will Elektron Regelungen auf Mehrelektronen Atoms erfolgt sind .

Quantum Mechaniker zusammenbricht completely Als weitere Top , das Konzept der Arbeit Funktion analysiert.
Die Austrittsarbeit für Metalle müssen gleich sein Ionisierungsenergie Da in diesem Fall , bezogen auf tatsächliche Modell metallische Bindung , Elektronen frei innerhalb Kristall Ziel bewegen finden Potentialröhren Schritt U an der Grenzfläche des Metalls.
In einer vergleichenden Weise für einige Elemente , in tab. 1 sind die Werte für ihre erste Ionisation Verluste und Arbeit Funktionen vorgestellt .

Tabelle 1 . Arbeit Funktionen und Ionisationspotential Gewinne

 Beobachtet wie es ist, in der Regel , die Ionisationsenergien für alle Metalle dann länger Austrittsarbeit sind . Natrium hat alkalischen Metalls Austrittsarbeit von 2,36 eV Ionisierungspotential und einen Wert von 5,13 eV und auf der anderen Seite aus Aluminium mit einem Ionisierungspotential von 5,98 eV Austrittsarbeit von 4,20 eV . Für Quecksilber ist die Austrittsarbeit 4,47 eV und das Ionisationspotential ist 10.43 eV . Es ist sehr seltsam, wie die eigentlichen Theoretiker nicht beobachten Unterschiede und Arbeit nicht machen einen Quantensprung Interpretation dieser Unterschied für metallische Struktur .

Zweck dies nicht der Albtraum der Quantenmechanik. Es ist bekannt, dass Metalloxide eine untere Austrittsarbeit Metalle präsentieren und dann auch noch dann senken Alkalimetallen . Zum Beispiel hat ein Wolframkathode Austrittsarbeit gleich mit 4,54 eV , und wenn die Wolfram- Thorium -Oxid durch die Arbeit Funktion abgedeckt wird, ist 2,5 eV .
Wie quantenmechanischen erklären kann diese Änderung ?
Es gibt keine Erklärung und in der Tat davon aus, dass quantenmechanische Wolfram von Thoriumoxyd Austrittsarbeit fallen, müssen größer als reines Wolfram haben . In Metall Elektronen sich frei bewegen , wollen in Metalloxid, Laut aktuellen quantenmechanischen Anteil der Elektronen sind polare oder ionische und kovalente Bindungen sind nicht frei. Daher ist es nicht notwendig eine tiefe mathematische Behandlung, um die Inkonsistenz der Quantenmechanik zu beobachten.

Weitere Verbesserungen sind in dem vorliegenden Text vorgesehen.