Η ενέργεια ιονισμού είναι μια σημαντική έννοια τόσο στη χημεία όσο και στη φυσική, αλλά είναι δύσκολο να το κατανοήσουμε. Η έννοια αγγίζει μερικές από τις λεπτομέρειες της δομής των ατόμων και ειδικότερα το πόσο έντονα συνδέονται τα ηλεκτρόνια στον κεντρικό πυρήνα σε διαφορετικά στοιχεία. Εν ολίγοις, η ενέργεια ιονισμού μετρά πόση ενέργεια απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από το άτομο και τη μετατροπή του σε ιόν, το οποίο είναι άτομο με καθαρό φορτίο.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Η ενέργεια ιονισμού μετρά την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από την τροχιά του γύρω από ένα άτομο. Η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του πιο αδύναμα συνδεδεμένου ηλεκτρονίου είναι η πρώτη ενέργεια ιονισμού. Η ενέργεια που απαιτείται για την αφαίρεση του επόμενου πιο αδύναμα συνδεδεμένου ηλεκτρονίου είναι η δεύτερη ενέργεια ιονισμού και ούτω καθεξής.
Γενικά, η ενέργεια ιονισμού αυξάνεται καθώς μετακινείστε στον περιοδικό πίνακα από αριστερά προς τα δεξιά ή από κάτω προς τα πάνω. Ωστόσο, συγκεκριμένες ενέργειες μπορεί να διαφέρουν, οπότε θα πρέπει να αναζητήσετε την ενέργεια ιονισμού για οποιοδήποτε συγκεκριμένο στοιχείο.
Τι είναι η ενέργεια ιονισμού;
Τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν συγκεκριμένα «τροχιακά» γύρω από τον κεντρικό πυρήνα σε οποιοδήποτε άτομο. Μπορείτε να τα σκεφτείτε ως τροχιές με τρόπο παρόμοιο με τον τρόπο που οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο. Σε ένα άτομο, τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια προσελκύονται στα θετικά φορτισμένα πρωτόνια. Αυτή η έλξη κρατά το άτομο μαζί.
Κάτι πρέπει να ξεπεράσει την ενέργεια έλξης για να αφαιρέσει ένα ηλεκτρόνιο από την τροχιά του. Η ενέργεια ιονισμού είναι ο όρος για την ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται για την πλήρη απομάκρυνση του ηλεκτρονίου από το άτομο και την έλξη του προς τα πρωτόνια στον πυρήνα. Τεχνικά, υπάρχουν πολλές διαφορετικές ενέργειες ιονισμού για στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο. Η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του πιο αδύναμα έλκοντος ηλεκτρονίου είναι η πρώτη ενέργεια ιονισμού. Η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του επόμενου πιο αδύναμα έλκοντος ηλεκτρονίου είναι η δεύτερη ενέργεια ιονισμού κ.ο.κ
Οι ενέργειες ιονισμού μετρώνται είτε σε kJ / mol (kilojoules ανά mole) είτε σε eV (electron-volts), με το πρώτο προτιμάται στη χημεία, και το δεύτερο προτιμάται όταν ασχολείται με μεμονωμένα άτομα στο η φυσικη.
Παράγοντες που επηρεάζουν την ενέργεια ιονισμού
Η ενέργεια ιονισμού εξαρτάται από δύο διαφορετικούς παράγοντες. Γενικά, όταν υπάρχουν περισσότερα πρωτόνια στον πυρήνα, η ενέργεια ιονισμού αυξάνεται. Αυτό έχει νόημα γιατί με περισσότερα πρωτόνια που προσελκύουν τα ηλεκτρόνια, η ενέργεια που απαιτείται για να ξεπεραστεί η έλξη αυξάνεται. Ο άλλος παράγοντας είναι εάν το κέλυφος με τα εξώτατα ηλεκτρόνια είναι πλήρως απασχολημένο με ηλεκτρόνια. Ένα πλήρες κέλυφος - για παράδειγμα, το κέλυφος που περιέχει και τα δύο ηλεκτρόνια στο ήλιο - είναι πιο δύσκολο να αφαιρεθούν τα ηλεκτρόνια από ένα μερικώς γεμάτο κέλυφος επειδή η διάταξη είναι πιο σταθερή. Εάν υπάρχει πλήρες κέλυφος με ένα ηλεκτρόνιο σε ένα εξωτερικό κέλυφος, τα ηλεκτρόνια στο πλήρες κέλυφος «προστατεύουν» το ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό κέλυφος από κάποια ελκυστική δύναμη από τον πυρήνα, και έτσι το ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό κέλυφος χρειάζεται λιγότερη ενέργεια αφαιρώ.
Ενέργεια ιονισμού και ο περιοδικός πίνακας
Ο περιοδικός πίνακας τακτοποιεί τα στοιχεία αυξάνοντας τον ατομικό αριθμό, και η δομή του έχει στενή σχέση με τα κελύφη και τα τροχιακά ηλεκτρόνια που καταλαμβάνουν. Αυτό παρέχει έναν εύκολο τρόπο πρόβλεψης ποια στοιχεία έχουν υψηλότερες ενέργειες ιονισμού από άλλα στοιχεία. Σε γενικές γραμμές, η ενέργεια ιονισμού αυξάνεται καθώς κινείστε από αριστερά προς τα δεξιά στον περιοδικό πίνακα επειδή ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα αυξάνεται. Η ενέργεια ιονισμού αυξάνεται επίσης όταν μετακινείστε από την κάτω προς την επάνω σειρά του τραπεζιού, επειδή το Τα στοιχεία στις κάτω σειρές έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια που προστατεύουν τα εξωτερικά ηλεκτρόνια από το κεντρικό φορτίο στο πυρήνας. Υπάρχουν όμως κάποιες αποκλίσεις από αυτόν τον κανόνα, οπότε ο καλύτερος τρόπος για να βρείτε την ενέργεια ιονισμού ενός ατόμου είναι να το αναζητήσετε σε έναν πίνακα.
Τα τελικά προϊόντα του ιονισμού: Ιόντα
Ένα ιόν είναι ένα άτομο που έχει καθαρό φορτίο, επειδή η ισορροπία μεταξύ του αριθμού των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων έχει σπάσει. Όταν ένα στοιχείο ιονίζεται, ο αριθμός των ηλεκτρονίων μειώνεται, άρα αφήνεται με περίσσεια πρωτονίων και καθαρό θετικό φορτίο. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται κατιόντα. Το επιτραπέζιο άλας (χλωριούχο νάτριο) είναι μια ιοντική ένωση που περιλαμβάνει την κατιονική έκδοση του ατόμου νατρίου, η οποία έχει αφαιρέσει ένα ηλεκτρόνιο με μια διαδικασία που προσδίδει την ενέργεια ιονισμού. Αν και δεν δημιουργούνται από τον ίδιο τύπο ιονισμού επειδή αποκτούν ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο, τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται ανιόντα.