Jonizācijas enerģija ir svarīgs jēdziens gan ķīmijā, gan fizikā, taču to ir grūti saprast. Nozīme skar dažas detaļas par atomu struktūru un jo īpaši to, cik spēcīgi elektroni dažādos elementos ir saistīti ar centrālo kodolu. Īsāk sakot, jonizācijas enerģija mēra, cik daudz enerģijas nepieciešams, lai no atoma izņemtu elektronu un pārvērstu to par jonu, kas ir atoms ar neto lādiņu.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Jonizācijas enerģija mēra enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai elektronu izņemtu no tā orbītas ap atomu. Enerģija, kas nepieciešama vājāk saistītā elektrona atdalīšanai, ir pirmā jonizācijas enerģija. Enerģija, kas nepieciešama nākamā vājāk saistītā elektrona noņemšanai, ir otrā jonizācijas enerģija utt.
Parasti jonizācijas enerģija palielinās, pārvietojoties pa periodisko tabulu no kreisās uz labo pusi vai no apakšas uz augšu. Tomēr īpašās enerģijas var atšķirties, tāpēc jums vajadzētu meklēt jonizācijas enerģiju jebkuram konkrētam elementam.
Kas ir jonizācijas enerģija?
Elektroni aizņem konkrētas “orbitāles” ap jebkura atoma centrālo kodolu. Jūs varat domāt par šīm orbītām līdzīgi tam, kā planētas riņķo ap sauli. Atomā negatīvi lādētos elektronus piesaista pozitīvi lādētie protoni. Šī pievilcība notur atomu kopā.
Kaut kam ir jāpārvar pievilcības enerģija, lai izņemtu elektronu no tā orbītas. Jonizācijas enerģija ir termins enerģijas daudzumam, kas nepieciešams, lai pilnībā noņemtu elektronu no atoma, un tā pievilcību kodola protoniem. Tehniski elementiem, kas ir smagāki par ūdeņradi, ir daudz dažādu jonizācijas enerģijas. Enerģija, kas nepieciešama vājāk piesaistītā elektrona atdalīšanai, ir pirmā jonizācijas enerģija. Enerģija, kas nepieciešama nākamā vājāk piesaistītā elektrona atdalīšanai, ir otrā jonizācijas enerģija utt.
Jonizācijas enerģijas mēra vai nu kJ / mol (kilodžouli uz vienu molu), vai eV (elektronvolti), ar pirmais dod priekšroku ķīmijā, bet otrais dod priekšroku, strādājot ar atsevišķiem atomiem fizika.
Faktori, kas ietekmē jonizācijas enerģiju
Jonizācijas enerģija ir atkarīga no pāris dažādiem faktoriem. Parasti, kad kodolā ir vairāk protonu, jonizācijas enerģija palielinās. Tam ir jēga, jo, vairāk elektronu piesaistot protoniem, pievilcības pārvarēšanai nepieciešamā enerģija kļūst lielāka. Otrs faktors ir tas, vai apvalks ar attālākajiem elektroniem ir pilnībā aizņemts ar elektroniem. Pilnu apvalku, piemēram, apvalku, kurā hēlijā ir abi elektroni, ir grūtāk noņemt no elektroniem nekā daļēji piepildītu apvalku, jo izkārtojums ir stabilāks. Ja ārējā apvalkā ir pilna apvalks, kurā viens elektrons atrodas, pilnā apvalkā esošie elektroni “aizsargā” elektronu ārējais apvalks no kodola pievilcīgā spēka, tāpēc ārējā apvalka elektrons patērē mazāk enerģijas noņemt.
Jonizācijas enerģija un periodiskā tabula
Periodiskā tabula sakārto elementus, palielinot atomu skaitu, un tā struktūrai ir cieša saikne ar čaulām un orbitālēm, kuras elektroni aizņem. Tas nodrošina vienkāršu veidu, kā paredzēt, kuriem elementiem ir augstākas jonizācijas enerģijas nekā citiem elementiem. Parasti jonizācijas enerģija palielinās, pārejot no kreisās uz labo pusi pa periodisko tabulu, jo palielinās protonu skaits kodolā. Jonizācijas enerģija palielinās arī tad, ja pārvietojaties no tabulas apakšas uz augšējo rindu, jo apakšējo rindu elementos ir vairāk elektronu, kas pasargā ārējos elektronus no centrālā lādiņa kodols. Tomēr ir dažas atkāpes no šī noteikuma, tāpēc labākais veids, kā atrast atoma jonizācijas enerģiju, ir meklēt to tabulā.
Jonizācijas galaprodukti: Joni
Jons ir atoms, kuram ir neto lādiņš, jo līdzsvars starp protonu un elektronu skaitu ir sadalīts. Kad elements tiek jonizēts, elektronu skaits samazinās, tāpēc tam paliek protonu pārpalikums un neto pozitīvais lādiņš. Pozitīvi lādētos jonus sauc par katjoniem. Galda sāls (nātrija hlorīds) ir jonu savienojums, kas ietver nātrija atoma katjonu versiju, kurai elektronu atdala ar procesu, kas piešķir jonizācijas enerģiju. Lai gan tos nerada viena veida jonizācija, jo tie iegūst papildu elektronu, negatīvi lādētos jonus sauc par anjoniem.