מה מודדת אנרגיית יינון?

אנרגיית יינון היא מושג חשוב הן בכימיה והן בפיזיקה, אך היא מאתגרת להבנה. המשמעות נוגעת בחלק מהפרטים של מבנה האטומים ובמיוחד עד כמה חזק האלקטרונים קשורים לגרעין המרכזי באלמנטים שונים. בקיצור, אנרגיית יינון מודדת כמה אנרגיה נדרשת כדי להוציא אלקטרון מהאטום ולהפוך אותו ליון, שהוא אטום עם מטען נטו.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

אנרגיית יינון מודדת את כמות האנרגיה הדרושה להסרת אלקטרון ממסלולו סביב האטום. האנרגיה הדרושה להסרת האלקטרון הקשור ביותר היא אנרגיית היינון הראשונה. האנרגיה הדרושה להסרת האלקטרון הבא הכי חלש היא אנרגיית היינון השנייה וכן הלאה.

באופן כללי, אנרגיית יינון עולה ככל שעוברים על פני הטבלה המחזורית משמאל לימין או מלמטה למעלה. עם זאת, אנרגיות ספציפיות עשויות להיות שונות, לכן עליכם לחפש את אנרגיית היינון עבור כל יסוד ספציפי.

אלקטרונים תופסים "אורביטלים" ספציפיים סביב הגרעין המרכזי בכל אטום כלשהו. אתה יכול לחשוב על אלה כמסלולים באופן דומה לאופן שבו כוכבי הלכת מקיפים את השמש. באטום, האלקטרונים הטעונים שלילית נמשכים לפרוטונים הטעונים באופן חיובי. אטרקציה זו שומרת על האטום.

משהו צריך להתגבר על אנרגיית המשיכה להסרת אלקטרון ממסלולו. אנרגיית היינון היא המונח לכמות האנרגיה הדרושה כדי להוציא לחלוטין את האלקטרון מהאטום ומשיכתו לפרוטונים שבגרעין. מבחינה טכנית, קיימות אנרגיות יינון רבות ושונות עבור יסודות כבדים ממימן. האנרגיה הנדרשת להסרת האלקטרון הנמשך הכי חלש היא אנרגיית היינון הראשונה. האנרגיה הדרושה להסרת האלקטרון הבא שנמשך הכי חלש היא אנרגיית היינון השנייה וכן הלאה.

אנרגיות יינון נמדדות ב- KJ / mol (קילו-ג'ול למול) או ב- eV (וולט אלקטרונים), עם הראשונים העדיפו בכימיה, והאחרונים העדיפו כשעוסקים באטומים בודדים ב פיזיקה.

אנרגיית היינון תלויה בכמה גורמים שונים. באופן כללי, כשיש יותר פרוטונים בגרעין, אנרגיית היינון עולה. זה הגיוני מכיוון שעם יותר פרוטונים שמושכים את האלקטרונים, האנרגיה הנדרשת כדי להתגבר על האטרקציה הולכת וגדלה. הגורם הנוסף הוא האם הקליפה עם האלקטרונים החיצוניים תפוסה לחלוטין באלקטרונים. מעטה מלא - למשל, הקליפה המכילה את שני האלקטרונים בהליום - קשה יותר להסיר מהם אלקטרונים מאשר מעטפת מלאה חלקית מכיוון שהפריסה יציבה יותר. אם יש מעטפת מלאה עם אלקטרון אחד בקליפה חיצונית, האלקטרונים בקליפה המלאה "מגנים" על האלקטרון בתוך מעטפת חיצונית מכמה מהכוח האטרקטיבי מהגרעין, ולכן האלקטרון בקליפה החיצונית לוקח פחות אנרגיה ל לְהַסִיר.

הטבלה המחזורית מסדרת את היסודות על ידי הגדלת המספר האטומי, ולמבנה שלה יש קשר הדוק עם הקליפות והמסלולים האלקטרוניים תופסים. זה מספק דרך קלה לחזות אילו אלמנטים בעלי אנרגיות יינון גבוהות יותר מאלמנטים אחרים. באופן כללי, אנרגיית יינון עולה ככל שעוברים משמאל לימין על פני הטבלה המחזורית מכיוון שמספר הפרוטונים בגרעין גדל. אנרגיית יינון גוברת גם כאשר עוברים מלמטה לשורה העליונה של הטבלה, מכיוון ש- לאלמנטים בשורות התחתונות יש יותר אלקטרונים המגנים על האלקטרונים החיצוניים מהמטען המרכזי בתוך גַרעִין. ישנן כמה חריגות מהכלל הזה, ולכן הדרך הטובה ביותר למצוא את אנרגיית היינון של אטום היא לחפש אותה בטבלה.

יון הוא אטום שיש לו מטען נטו מכיוון שהאיזון בין מספר הפרוטונים לאלקטרונים נשבר. כאשר אלמנט מיונן, מספר האלקטרונים יורד, ולכן הוא נותר עם עודף פרוטונים ומטען חיובי נטו. יונים טעונים חיובי נקראים קטיונים. מלח שולחן (נתרן כלורי) הוא תרכובת יונית הכוללת את גרסת הקטיון של אטום הנתרן, שהסיר לו אלקטרון בתהליך שמקנה את אנרגיית היינון. למרות שהם לא נוצרים מאותו סוג של יינון מכיוון שהם צוברים אלקטרון נוסף, יונים טעונים שליליים נקראים אניונים.