锂电池-为什么钠比锂的金属性要强，但是对标准氢电极电位(SHE)，却有E(Li＋/Li)< E(Na＋/Na) ？

下图比较了Li、Na、K原子及其对应阳离子的物理化学性质。发现碱金属(alkali metal -AMs)的性质随元素周期表的顺序有明显的族趋势。随着核电荷数的增加(从Li到K)，原子半径和离子半径增大，电离能和电负性逐渐减小。然而，有些性质并不遵循相同的趋势，例如对比标准氢电极电位(SHE)的E⁰(A⁺/A)。

那么，为什么相对于标准氢电极电位(SHE)的E⁰(A⁺/A)不具备与其他性质相似的族趋势？

1.弄清楚碱金属从固态到溶剂化碱金属离子的过程中发生了什么？

在固体到溶剂化的碱金属离子的整个过程中，主要发生三个有能量转化的化学过程：固体的升华、气体的电离、气体离子的溶剂化。如下图：

升华能：物质升华时所吸收的热量，也等于同种物质在相同条件下的熔解热与汽化热之和。

第一电离能：单位摩尔的基态气态原子失去最外层的一个电子所需能量。第一电离能数值越小，原子越容易失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。

水合能：也叫溶剂化能，是指气态离子成为溶液过程中释放的能量。

所以有：

n为电子摩尔数。

2.吉布斯自由能与电极电化学势的关系？

用电池来举例说明：

电池对外能够做的最大的功为：

W_max = n F E

n为电子摩尔数，F表示每摩尔电子所携带的电荷，E为电池两极电势差。

注：

金属活动性的判定依据是金属的标准电极电势，而金属性只与金属失电子能力有关。

金属性是指在化学反应中原子、分子或离子失去电子的能力。失电子能力越强的粒子所属的元素金属性就越强；元素的金属性越强，它的单质的还原性越强。元素的金属性越强，它的单质与水或酸反应越剧烈，对应的碱的碱性也越强。同主族元素，随着原子序数的递增，电子层逐渐增大，原子半径明显增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，元素的原子失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，所以元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。

金属的活动性是反映金属在水溶液里形成水合离子倾向的大小，也就是反映金属在水溶液里起氧化反应的难易的，它是以金属的标准电极电位为依据的。从能量角度来看，金属的标准电极电位除了与金属元素原子的电离能有关外，同时，还与金属的升华能（固态单质变为气态原子所需的能量），水合能（金属阳离子与水化合时所放出的能量有关）。

金属性强的元素，一般来说它的活动性也大，但也有不一致的情况。例如：钠的第一电离能比钙的第一电离能要小，因此钠的金属性要比钙强。但是钙在水溶解中形成水合离子的倾向比钠大，即钙的标准电极电位比钠要负，所以，钙的金属活动性比较大。

以上内容为电池人阅读文献后的总结，为此感谢前辈们的研究，为我们后来者的学习提供了便利！

“我相信科学技术的难关都将被一步步攻克，因为我们站在巨人的肩膀上，也奋力在成为巨人。”