Hva måler ioniseringsenergi?

Ioniseringsenergi er et viktig begrep i både kjemi og fysikk, men det er utfordrende å forstå. Betydningen berører noen av detaljene i strukturen til atomer og spesielt hvor sterkt elektroner er bundet til den sentrale kjernen i forskjellige elementer. Kort fortalt måler ioniseringsenergi hvor mye energi som kreves for å fjerne et elektron fra atomet og gjøre det om til et ion, som er et atom med nettolading.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Ioniseringsenergi måler mengden energi som kreves for å fjerne et elektron fra sin bane rundt et atom. Energien som trengs for å fjerne det svakt bundet elektronet er den første ioniseringsenergien. Energien som trengs for å fjerne det nest svakest bundne elektronet er den andre ioniseringsenergien og så videre.

Generelt øker ioniseringsenergien når du beveger deg over det periodiske systemet fra venstre til høyre eller fra bunnen til toppen. Imidlertid kan spesifikke energier variere, så du bør slå opp ioniseringsenergien for et bestemt element.

Elektroner okkuperer spesifikke "orbitaler" rundt den sentrale kjernen i ethvert atom. Du kan tenke på disse som baner på en måte som ligner på hvordan planeter kretser rundt solen. I et atom tiltrekkes de negativt ladede elektronene av de positivt ladede protonene. Denne attraksjonen holder atomet sammen.

Noe må overvinne tiltrekningsenergien for å fjerne et elektron fra sin bane. Ioniseringsenergien er betegnelsen på hvor mye energi det tar for å fjerne elektronet helt fra atomet og dets tiltrekning til protonene i kjernen. Teknisk sett er det mange forskjellige ioniseringsenergier for grunnstoffer som er tyngre enn hydrogen. Energien som kreves for å fjerne det svakt tiltrukket elektronet er den første ioniseringsenergien. Energien som kreves for å fjerne det nest mest svakt tiltrukne elektronet er den andre ioniseringsenergien og så videre.

Ioniseringsenergier måles enten i kJ / mol (kilojoule per mol) eller eV (elektronvolt), med førstnevnte foretrukket i kjemi, og sistnevnte foretrukket når det dreier seg om enkeltatomer i fysikk.

Ioniseringsenergien avhenger av et par forskjellige faktorer. Generelt, når det er flere protoner i kjernen, øker ioniseringsenergien. Dette er fornuftig fordi med flere protoner som tiltrekker seg elektronene, blir energien som kreves for å overvinne tiltrekningen større. Den andre faktoren er om skallet med de ytterste elektronene er fullt opptatt av elektroner. Et fullt skall - for eksempel skallet som inneholder begge elektronene i helium - er vanskeligere å fjerne elektroner fra enn et delvis fylt skall fordi oppsettet er mer stabilt. Hvis det er et fullt skall med ett elektron i et ytre skall, beskytter elektronene i hele skallet elektronet i ytre skall fra noe av den attraktive kraften fra kjernen, og slik tar elektronet i det ytre skallet mindre energi til fjerne.

Det periodiske systemet ordner elementene ved å øke atomnummeret, og strukturen har en nær kobling til skallene og orbitalene som elektronene okkuperer. Dette gir en enkel måte å forutsi hvilke elementer som har høyere ioniseringsenergier enn andre elementer. Generelt øker ioniseringsenergien når du beveger deg fra venstre til høyre over det periodiske systemet fordi antall protoner i kjernen øker. Ioniseringsenergi øker også når du beveger deg fra bunnen til den øverste raden på tabellen, fordi elementene på de nedre radene har flere elektroner som beskytter de ytre elektronene mot den sentrale ladningen i cellekjernen. Det er imidlertid noen avvik fra denne regelen, så den beste måten å finne ioniseringsenergien til et atom er å slå den opp i en tabell.

Et ion er et atom som har nettolading fordi balansen mellom antall protoner og elektroner er brutt. Når et element er ionisert, reduseres antall elektroner, så det er igjen med et overskudd av protoner og en netto positiv ladning. Positivt ladede ioner kalles kationer. Bordsalt (natriumklorid) er en ionisk forbindelse som inkluderer kationversjonen av natriumatomet, som har fått et elektron fjernet ved en prosess som gir ioniseringsenergien. Selv om de ikke er skapt av samme type ionisering fordi de får et ekstra elektron, kalles negativt ladede ioner anioner.