Энергия ионизации - важное понятие как в химии, так и в физике, но его сложно понять. Смысл затрагивает некоторые детали структуры атомов и, в частности, насколько сильно электроны связаны с центральным ядром в различных элементах. Короче говоря, энергия ионизации измеряет, сколько энергии требуется, чтобы удалить электрон из атома и превратить его в ион, который является атомом с чистым зарядом.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Энергия ионизации измеряет количество энергии, необходимое для удаления электрона с его орбиты вокруг атома. Энергия, необходимая для удаления наиболее слабосвязанного электрона, является первой энергией ионизации. Энергия, необходимая для удаления следующего, наиболее слабосвязанного электрона, является второй энергией ионизации и так далее.
В общем, энергия ионизации увеличивается, когда вы перемещаетесь по таблице Менделеева слева направо или снизу вверх. Однако конкретные энергии могут отличаться, поэтому вам следует искать энергию ионизации для любого конкретного элемента.
Что такое энергия ионизации?
Электроны занимают определенные «орбитали» вокруг центрального ядра любого атома. Вы можете рассматривать их как орбиты, аналогичные тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. В атоме отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительно заряженным протонам. Это притяжение удерживает атом.
Что-то должно преодолеть энергию притяжения, чтобы удалить электрон со своей орбиты. Энергия ионизации - это термин, обозначающий количество энергии, необходимое для полного удаления электрона из атома и его притяжения к протонам в ядре. Технически существует много разных энергий ионизации для элементов тяжелее водорода. Энергия, необходимая для удаления наиболее слабо притягиваемого электрона, является первой энергией ионизации. Энергия, необходимая для удаления следующего наиболее слабо притягиваемого электрона, является второй энергией ионизации и так далее.
Энергия ионизации измеряется либо в кДж / моль (килоджоулей на моль), либо в эВ (электрон-вольтах), причем первые предпочтительны в химии, а вторые - при работе с отдельными атомами в физика.
Факторы, влияющие на энергию ионизации
Энергия ионизации зависит от нескольких факторов. Обычно, когда в ядре больше протонов, энергия ионизации увеличивается. Это имеет смысл, потому что чем больше протонов притягивает электроны, тем больше энергия, необходимая для преодоления притяжения. Другой фактор - полностью ли заполнена электронами оболочка с крайними электронами. Полная оболочка - например, оболочка, которая содержит оба электрона в гелии - сложнее удалить электроны, чем частично заполненная оболочка, потому что структура более стабильна. Если есть полная оболочка с одним электроном во внешней оболочке, электроны в полной оболочке «экранируют» электрон в внешняя оболочка от некоторой силы притяжения от ядра, и поэтому электрон во внешней оболочке требует меньше энергии, чтобы Удалить.
Энергия ионизации и Периодическая таблица
В периодической таблице элементы упорядочиваются по возрастанию атомного номера, а ее структура тесно связана с оболочками и орбиталями, которые занимают электроны. Это обеспечивает простой способ предсказать, какие элементы имеют более высокую энергию ионизации, чем другие элементы. В общем, энергия ионизации увеличивается, когда вы перемещаетесь слева направо по периодической таблице, потому что количество протонов в ядре увеличивается. Энергия ионизации также увеличивается, когда вы перемещаетесь из нижней строки таблицы в верхнюю, потому что элементы в нижних рядах имеют больше электронов, защищающих внешние электроны от центрального заряда в ядро. Однако есть некоторые отклонения от этого правила, поэтому лучший способ определить энергию ионизации атома - это посмотреть ее в таблице.
Конечные продукты ионизации: ионы
Ион - это атом, который имеет чистый заряд, потому что баланс между числом протонов и электронов нарушен. Когда элемент ионизируется, количество электронов уменьшается, поэтому остается избыток протонов и чистый положительный заряд. Положительно заряженные ионы называются катионами. Поваренная соль (хлорид натрия) представляет собой ионное соединение, которое включает катионную версию атома натрия, у которого был удален электрон с помощью процесса, который передает энергию ионизации. Отрицательно заряженные ионы, хотя и не создаются в результате ионизации одного и того же типа, поскольку получают дополнительный электрон, называются анионами.