Joniseringsenergi är ett viktigt begrepp i både kemi och fysik, men det är utmanande att förstå. Betydelsen berör några av detaljerna i atomernas struktur och i synnerhet hur starkt elektroner är bundna till den centrala kärnan i olika element. Kort sagt, joniseringsenergi mäter hur mycket energi som krävs för att ta bort en elektron från atomen och göra den till en jon, som är en atom med en nettoladdning.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Joniseringsenergi mäter mängden energi som krävs för att ta bort en elektron från sin bana runt en atom. Den energi som behövs för att avlägsna den svagast bundna elektronen är den första joniseringsenergin. Den energi som behövs för att ta bort den näst svagast bundna elektronen är den andra joniseringsenergin och så vidare.
I allmänhet ökar joniseringsenergin när du rör dig över det periodiska systemet från vänster till höger eller från botten till toppen. Men specifika energier kan skilja sig, så du bör slå upp joniseringsenergin för något specifikt element.
Vad är joniseringsenergi?
Elektroner upptar specifika ”orbitaler” runt den centrala kärnan i vilken atom som helst. Du kan tänka på dessa som banor på ett sätt som liknar hur planeter kretsar kring solen. I en atom lockas de negativt laddade elektronerna till de positivt laddade protonerna. Denna attraktion håller atomen ihop.
Något måste övervinna attraktionsenergin för att ta bort en elektron från dess omlopp. Joniseringsenergin är termen för den mängd energi som krävs för att helt ta bort elektronen från atomen och dess attraktion mot protonerna i kärnan. Tekniskt sett finns det många olika joniseringsenergier för grundämnen som är tyngre än väte. Den energi som krävs för att ta bort den svagast attraherade elektronen är den första joniseringsenergin. Den energi som krävs för att ta bort den näst svagast attraherade elektronen är den andra joniseringsenergin och så vidare.
Joniseringsenergier mäts antingen i kJ / mol (kilojoules per mol) eller eV (elektronvolt), med den förstnämnda föredrog i kemi, och den senare föredrog när man handlar om enskilda atomer i fysik.
Faktorer som påverkar joniseringsenergi
Joniseringsenergin beror på ett par olika faktorer. I allmänhet ökar joniseringsenergin när det finns fler protoner i kärnan. Detta är vettigt eftersom med fler protoner som lockar elektronerna blir den energi som krävs för att övervinna attraktionen större. Den andra faktorn är om skalet med de yttersta elektronerna är helt upptagen av elektroner. Ett helt skal - till exempel skalet som innehåller båda elektronerna i helium - är svårare att ta bort elektroner från än ett delvis fyllt skal eftersom layouten är mer stabil. Om det finns ett fullt skal med en elektron i ett yttre skal, "skyddar" elektronerna i hela skalet elektronen i yttre skal från något av den attraktiva kraften från kärnan, och så elektronen i det yttre skalet tar mindre energi till avlägsna.
Joniseringsenergi och det periodiska systemet
Det periodiska systemet ordnar elementen genom att öka atomantalet, och dess struktur har en nära koppling till skalen och orbitalerna som elektronerna upptar. Detta ger ett enkelt sätt att förutsäga vilka element som har högre joniseringsenergier än andra element. I allmänhet ökar joniseringsenergin när du rör dig från vänster till höger över det periodiska systemet eftersom antalet protoner i kärnan ökar. Joniseringsenergin ökar också när du flyttar från botten till den översta raden i tabellen, eftersom element på de nedre raderna har fler elektroner som skyddar de yttre elektronerna från centralladdningen i kärna. Det finns dock vissa avvikelser från denna regel, så det bästa sättet att hitta jonisationsenergin hos en atom är att slå upp den i en tabell.
Slutprodukterna av jonisering: joner
En jon är en atom som har en nettoladdning eftersom balansen mellan antalet protoner och elektroner har brutits. När ett element joniseras minskar antalet elektroner, så det sitter kvar med ett överskott av protoner och en nettoladdning. Positivt laddade joner kallas katjoner. Bordsalt (natriumklorid) är en jonförening som innehåller katjonversionen av natriumatomen, som har fått en elektron borttagen genom en process som förmedlar joniseringsenergin. Även om de inte skapas av samma typ av jonisering eftersom de får en extra elektron kallas negativt laddade joner anjoner.