Energia jonizacji jest ważnym pojęciem zarówno w chemii, jak i fizyce, ale jej zrozumienie jest trudne. Znaczenie dotyczy niektórych szczegółów budowy atomów, aw szczególności tego, jak silnie elektrony są związane z centralnym jądrem w różnych pierwiastkach. Krótko mówiąc, energia jonizacji mierzy, ile energii jest potrzebne do usunięcia elektronu z atomu i przekształcenia go w jon, który jest atomem z ładunkiem netto.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Energia jonizacji mierzy ilość energii potrzebną do usunięcia elektronu z jego orbity wokół atomu. Energia potrzebna do usunięcia najsłabiej związanego elektronu to energia pierwszej jonizacji. Energia potrzebna do usunięcia następnego najsłabiej związanego elektronu to druga energia jonizacji i tak dalej.
Ogólnie energia jonizacji wzrasta, gdy poruszasz się po układzie okresowym od lewej do prawej lub od dołu do góry. Jednak konkretne energie mogą się różnić, więc powinieneś sprawdzić energię jonizacji dla dowolnego konkretnego pierwiastka.
Co to jest energia jonizacji?
Elektrony zajmują określone „orbitale” wokół centralnego jądra w dowolnym atomie. Możesz myśleć o nich jako o orbitach w sposób podobny do tego, jak planety krążą wokół Słońca. W atomie ujemnie naładowane elektrony są przyciągane do dodatnio naładowanych protonów. Ta atrakcja utrzymuje atom razem.
Coś musi pokonać energię przyciągania, aby usunąć elektron z orbity. Energia jonizacji to określenie ilości energii potrzebnej do całkowitego usunięcia elektronu z atomu i jego przyciągania do protonów w jądrze. Technicznie rzecz biorąc, istnieje wiele różnych energii jonizacji pierwiastków cięższych od wodoru. Energia potrzebna do usunięcia najsłabiej przyciąganego elektronu to energia pierwszej jonizacji. Energia potrzebna do usunięcia następnego najsłabiej przyciąganego elektronu to druga energia jonizacji i tak dalej.
Energie jonizacji są mierzone w kJ/mol (kilodżule na mol) lub eV (elektronowolty), przy czym pierwszy preferowany w chemii, a drugi preferowany w przypadku pojedynczych atomów w fizyka.
Czynniki wpływające na energię jonizacji
Energia jonizacji zależy od kilku różnych czynników. Ogólnie rzecz biorąc, gdy w jądrze jest więcej protonów, energia jonizacji wzrasta. Ma to sens, ponieważ im więcej protonów przyciąga elektrony, energia wymagana do przezwyciężenia przyciągania wzrasta. Drugim czynnikiem jest to, czy powłoka z najbardziej zewnętrznymi elektronami jest całkowicie zajęta elektronami. Pełna powłoka – na przykład powłoka zawierająca oba elektrony w helu – jest trudniejsza do usunięcia elektronów niż częściowo wypełniona powłoka, ponieważ układ jest bardziej stabilny. Jeśli jest pełna powłoka z jednym elektronem w powłoce zewnętrznej, to elektrony w pełnej powłoce „osłaniają” elektron w powłoce zewnętrznej. zewnętrzna powłoka od części siły przyciągania z jądra, a więc elektron w zewnętrznej powłoce pobiera mniej energii do usunąć.
Energia jonizacji i układ okresowy
Układ okresowy pierwiastków porządkuje pierwiastki poprzez zwiększanie liczby atomowej, a jego struktura ma ścisły związek z zajmowanymi przez elektrony powłokami i orbitalami. Zapewnia to łatwy sposób przewidywania, które pierwiastki mają wyższe energie jonizacji niż inne pierwiastki. Ogólnie rzecz biorąc, energia jonizacji wzrasta wraz z ruchem od lewej do prawej w układzie okresowym, ponieważ wzrasta liczba protonów w jądrze. Energia jonizacji wzrasta również, gdy przechodzisz z dolnego do górnego rzędu tabeli, ponieważ pierwiastki w dolnych rzędach mają więcej elektronów osłaniających elektrony zewnętrzne przed centralnym ładunkiem w jądro. Istnieją jednak pewne odstępstwa od tej zasady, więc najlepszym sposobem na znalezienie energii jonizacji atomu jest sprawdzenie jej w tabeli.
Produkty końcowe jonizacji: jony
Jon jest atomem, który ma ładunek netto, ponieważ równowaga między liczbą protonów i elektronów została naruszona. Gdy pierwiastek jest zjonizowany, liczba elektronów maleje, więc pozostaje nadmiar protonów i dodatni ładunek netto. Dodatnio naładowane jony nazywane są kationami. Sól kuchenna (chlorek sodu) to związek jonowy, który zawiera kationową wersję atomu sodu, z którego usunięto elektron w procesie przekazywania energii jonizacji. Chociaż nie są one tworzone przez ten sam rodzaj jonizacji, ponieważ zyskują dodatkowy elektron, ujemnie naładowane jony nazywane są anionami.