L'énergie d'ionisation est un concept important en chimie et en physique, mais il est difficile à comprendre. La signification touche à certains détails de la structure des atomes et en particulier à la force avec laquelle les électrons sont liés au noyau central dans différents éléments. En bref, l'énergie d'ionisation mesure la quantité d'énergie nécessaire pour retirer un électron de l'atome et le transformer en un ion, qui est un atome avec une charge nette.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
L'énergie d'ionisation mesure la quantité d'énergie nécessaire pour retirer un électron de son orbite autour d'un atome. L'énergie nécessaire pour éliminer l'électron le plus faiblement lié est la première énergie d'ionisation. L'énergie nécessaire pour éliminer l'électron suivant le plus faiblement lié est la deuxième énergie d'ionisation et ainsi de suite.
En général, l'énergie d'ionisation augmente lorsque vous vous déplacez dans le tableau périodique de gauche à droite ou de bas en haut. Cependant, les énergies spécifiques peuvent différer, vous devez donc rechercher l'énergie d'ionisation pour tout élément spécifique.
Qu'est-ce que l'énergie d'ionisation?
Les électrons occupent des « orbitales » spécifiques autour du noyau central de n'importe quel atome. Vous pouvez les considérer comme des orbites de la même manière que les planètes tournent autour du soleil. Dans un atome, les électrons chargés négativement sont attirés par les protons chargés positivement. Cette attraction maintient l'atome ensemble.
Quelque chose doit surmonter l'énergie d'attraction pour retirer un électron de son orbitale. L'énergie d'ionisation est le terme qui désigne la quantité d'énergie nécessaire pour éliminer complètement l'électron de l'atome et son attraction vers les protons du noyau. Techniquement, il existe de nombreuses énergies d'ionisation différentes pour les éléments plus lourds que l'hydrogène. L'énergie nécessaire pour éliminer l'électron le plus faiblement attiré est la première énergie d'ionisation. L'énergie nécessaire pour éliminer l'électron suivant le plus faiblement attiré est la deuxième énergie d'ionisation et ainsi de suite.
Les énergies d'ionisation sont soit mesurées en kJ/mol (kilojoules par mole) soit en eV (électron-volt), avec le premier préféré en chimie, et le dernier préféré lorsqu'il s'agit d'atomes simples dans la physique.
Facteurs affectant l'énergie d'ionisation
L'énergie d'ionisation dépend de plusieurs facteurs. En général, lorsqu'il y a plus de protons dans le noyau, l'énergie d'ionisation augmente. Cela a du sens car avec plus de protons attirant les électrons, l'énergie nécessaire pour surmonter l'attraction augmente. L'autre facteur est de savoir si la couche avec les électrons les plus externes est entièrement occupée par des électrons. Une coque pleine – par exemple, la coque qui contient les deux électrons dans l'hélium – est plus difficile à retirer des électrons qu'une coque partiellement remplie car la disposition est plus stable. S'il y a une couche complète avec un électron dans une couche externe, les électrons de la couche complète « protégent » l'électron dans le enveloppe externe d'une partie de la force d'attraction du noyau, et donc l'électron dans l'enveloppe externe prend moins d'énergie pour supprimer.
L'énergie d'ionisation et le tableau périodique
Le tableau périodique organise les éléments par numéro atomique croissant, et sa structure a un lien étroit avec les coquilles et les orbitales que les électrons occupent. Cela fournit un moyen facile de prédire quels éléments ont des énergies d'ionisation plus élevées que les autres éléments. En général, l'énergie d'ionisation augmente lorsque vous vous déplacez de gauche à droite dans le tableau périodique, car le nombre de protons dans le noyau augmente. L'énergie d'ionisation augmente également lorsque vous vous déplacez du bas vers le haut du tableau, car le les éléments des rangées inférieures ont plus d'électrons protégeant les électrons externes de la charge centrale dans le noyau. Il y a cependant quelques écarts par rapport à cette règle, donc la meilleure façon de trouver l'énergie d'ionisation d'un atome est de la rechercher dans un tableau.
Les produits finaux de l'ionisation: les ions
Un ion est un atome qui a une charge nette parce que l'équilibre entre le nombre de protons et d'électrons a été rompu. Lorsqu'un élément est ionisé, le nombre d'électrons diminue, il lui reste donc un excès de protons et une charge nette positive. Les ions chargés positivement sont appelés cations. Le sel de table (chlorure de sodium) est un composé ionique qui comprend la version cationique de l'atome de sodium, dont un électron a été retiré par un processus qui transmet l'énergie d'ionisation. Bien qu'ils ne soient pas créés par le même type d'ionisation car ils gagnent un électron supplémentaire, les ions chargés négativement sont appelés anions.