Ionisatie-energie is een belangrijk concept in zowel de scheikunde als de natuurkunde, maar het is een uitdaging om te begrijpen. De betekenis raakt enkele details van de structuur van atomen en in het bijzonder hoe sterk elektronen in verschillende elementen aan de centrale kern zijn gebonden. Kortom, ionisatie-energie meet hoeveel energie er nodig is om een elektron uit het atoom te verwijderen en er een ion van te maken, een atoom met een nettolading.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Ionisatie-energie meet de hoeveelheid energie die nodig is om een elektron uit zijn baan rond een atoom te verwijderen. De energie die nodig is om het zwakst gebonden elektron te verwijderen, is de eerste ionisatie-energie. De energie die nodig is om het volgende meest zwak gebonden elektron te verwijderen, is de tweede ionisatie-energie, enzovoort.
Over het algemeen neemt de ionisatie-energie toe als u van links naar rechts of van onder naar boven door het periodiek systeem beweegt. Specifieke energieën kunnen echter verschillen, dus u moet de ionisatie-energie voor elk specifiek element opzoeken.
Wat is ionisatie-energie?
Elektronen bezetten specifieke "orbitalen" rond de centrale kern in elk atoom. Je kunt deze als banen beschouwen op een manier die vergelijkbaar is met hoe planeten om de zon draaien. In een atoom worden de negatief geladen elektronen aangetrokken door de positief geladen protonen. Deze aantrekkingskracht houdt het atoom bij elkaar.
Iets moet de aantrekkingsenergie overwinnen om een elektron uit zijn baan te verwijderen. De ionisatie-energie is de term voor de hoeveelheid energie die nodig is om het elektron volledig uit het atoom te verwijderen en voor zijn aantrekking tot de protonen in de kern. Technisch gezien zijn er veel verschillende ionisatie-energieën voor elementen die zwaarder zijn dan waterstof. De energie die nodig is om het zwakst aangetrokken elektron te verwijderen, is de eerste ionisatie-energie. De energie die nodig is om het volgende zwak aangetrokken elektron te verwijderen, is de tweede ionisatie-energie enzovoort.
Ionisatie-energieën worden ofwel gemeten in kJ/mol (kilojoule per mol) of eV (elektronvolt), met de eerste de voorkeur in de chemie, en de laatste de voorkeur bij het omgaan met enkele atomen in fysica.
Factoren die van invloed zijn op ionisatie-energie
De ionisatie-energie is afhankelijk van een aantal verschillende factoren. In het algemeen, wanneer er meer protonen in de kern zijn, neemt de ionisatie-energie toe. Dit is logisch, want met meer protonen die de elektronen aantrekken, wordt de energie die nodig is om de aantrekkingskracht te overwinnen groter. De andere factor is of de schil met de buitenste elektronen volledig bezet is met elektronen. Een volledige schil – bijvoorbeeld de schil die beide elektronen in helium bevat – is moeilijker om elektronen te verwijderen dan een gedeeltelijk gevulde schil omdat de lay-out stabieler is. Als er een volledige schil is met één elektron in een buitenste schil, "schermen" de elektronen in de volledige schil het elektron in de buitenste schil van een deel van de aantrekkingskracht van de kern, en dus heeft het elektron in de buitenste schil minder energie nodig om verwijderen.
Ionisatie-energie en het periodiek systeem
Het periodiek systeem rangschikt de elementen door het atoomnummer te verhogen, en de structuur ervan is nauw verbonden met de schillen en orbitalen die elektronen innemen. Dit biedt een gemakkelijke manier om te voorspellen welke elementen hogere ionisatie-energieën hebben dan andere elementen. Over het algemeen neemt de ionisatie-energie toe als je van links naar rechts door het periodiek systeem beweegt, omdat het aantal protonen in de kern toeneemt. Ionisatie-energie neemt ook toe als je van de onderste naar de bovenste rij van de tafel gaat, omdat de elementen op de onderste rijen hebben meer elektronen die de buitenste elektronen afschermen van de centrale lading in de kern. Er zijn echter enkele afwijkingen van deze regel, dus de beste manier om de ionisatie-energie van een atoom te vinden, is door het in een tabel op te zoeken.
De eindproducten van ionisatie: ionen
Een ion is een atoom dat een netto lading heeft omdat de balans tussen het aantal protonen en elektronen is verbroken. Wanneer een element wordt geïoniseerd, neemt het aantal elektronen af, zodat het een overschot aan protonen en een netto positieve lading overhoudt. Positief geladen ionen worden kationen genoemd. Tafelzout (natriumchloride) is een ionische verbinding die de kationversie van het natriumatoom bevat, waaruit een elektron is verwijderd door een proces dat de ionisatie-energie afgeeft. Hoewel ze niet worden gemaakt door hetzelfde type ionisatie omdat ze een extra elektron krijgen, worden negatief geladen ionen anionen genoemd.