พลังงานไอออไนซ์วัดอะไร?

พลังงานไอออไนเซชันเป็นแนวคิดที่สำคัญทั้งในด้านเคมีและฟิสิกส์ แต่ก็ยากที่จะเข้าใจ ความหมายเกี่ยวข้องกับรายละเอียดบางอย่างของโครงสร้างของอะตอมและโดยเฉพาะอย่างยิ่งว่าอิเล็กตรอนถูกผูกมัดกับนิวเคลียสกลางในองค์ประกอบต่าง ๆ อย่างแน่นหนา กล่าวโดยสรุป พลังงานไอออไนเซชันจะวัดว่าต้องใช้พลังงานเท่าใดในการขจัดอิเล็กตรอนออกจากอะตอมและเปลี่ยนให้เป็นไอออน ซึ่งเป็นอะตอมที่มีประจุสุทธิ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

พลังงานไอออไนเซชันจะวัดปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการกำจัดอิเล็กตรอนออกจากวงโคจรรอบอะตอม พลังงานที่จำเป็นในการขจัดอิเล็กตรอนที่มีพันธะอ่อนแอที่สุดคือพลังงานไอออไนเซชันแรก พลังงานที่จำเป็นในการขจัดอิเล็กตรอนที่มีพันธะอ่อนที่สุดตัวต่อไปคือพลังงานไอออไนเซชันที่สองเป็นต้น

โดยทั่วไป พลังงานไอออไนเซชันจะเพิ่มขึ้นเมื่อคุณเคลื่อนผ่านตารางธาตุจากซ้ายไปขวาหรือจากล่างขึ้นบน อย่างไรก็ตาม พลังงานจำเพาะอาจแตกต่างกัน ดังนั้นคุณควรมองหาพลังงานไอออไนเซชันสำหรับองค์ประกอบเฉพาะใดๆ

อิเล็กตรอนครอบครอง "ออร์บิทัล" ที่เฉพาะเจาะจงรอบนิวเคลียสกลางในอะตอมใดๆ คุณสามารถคิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นวงโคจรในลักษณะเดียวกับที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ในอะตอม อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะถูกดึงดูดไปยังโปรตอนที่มีประจุบวก แรงดึงดูดนี้ทำให้อะตอมอยู่ด้วยกัน

บางสิ่งบางอย่างต้องเอาชนะพลังงานดึงดูดเพื่อเอาอิเล็กตรอนออกจากวงโคจรของมัน พลังงานไอออไนเซชันเป็นคำที่ใช้เรียกปริมาณพลังงานที่ใช้ในการขจัดอิเล็กตรอนออกจากอะตอมอย่างสมบูรณ์และดึงดูดโปรตอนในนิวเคลียส ในทางเทคนิค มีพลังงานไอออไนเซชันที่แตกต่างกันมากมายสำหรับธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจน พลังงานที่จำเป็นในการขจัดอิเล็กตรอนที่ดึงดูดน้อยที่สุดคือพลังงานไอออไนเซชันแรก พลังงานที่จำเป็นในการขจัดอิเล็กตรอนที่ดึงดูดน้อยที่สุดถัดไปคือพลังงานไอออไนเซชันที่สองเป็นต้น

พลังงานไอออไนเซชันมีหน่วยวัดเป็น kJ/mol (กิโลจูลต่อโมล) หรือ eV (อิเล็กตรอน-โวลต์) ด้วย อันแรกชอบในวิชาเคมี และอันหลังชอบเมื่อต้องจัดการกับอะตอมเดี่ยวใน ฟิสิกส์.

พลังงานไอออไนเซชันขึ้นอยู่กับปัจจัยที่แตกต่างกันสองสามประการ โดยทั่วไป เมื่อมีโปรตอนในนิวเคลียสมากขึ้น พลังงานไอออไนเซชันจะเพิ่มขึ้น เรื่องนี้สมเหตุสมผลเพราะเมื่อมีโปรตอนดึงดูดอิเล็กตรอนมากขึ้น พลังงานที่จำเป็นในการเอาชนะแรงดึงดูดก็ยิ่งมากขึ้น อีกปัจจัยหนึ่งคือเปลือกที่มีอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดมีอิเล็กตรอนอยู่เต็มหรือไม่ เปลือกเต็ม เช่น เปลือกที่มีอิเล็กตรอนทั้งสองในฮีเลียม จะดึงอิเล็กตรอนออกจากเปลือกได้ยากกว่าเปลือกที่เติมบางส่วน เนื่องจากเค้าโครงมีความเสถียรมากกว่า หากมีเปลือกเต็มที่มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวอยู่ในเปลือกนอก อิเล็กตรอนในเปลือกเต็มจะ "ป้องกัน" อิเล็กตรอนในเปลือกนอก เปลือกนอกจากแรงดึงดูดบางส่วนจากนิวเคลียส ดังนั้นอิเล็กตรอนในเปลือกนอกจึงใช้พลังงานน้อยกว่า ลบ.

ตารางธาตุจัดเรียงองค์ประกอบโดยการเพิ่มเลขอะตอมและโครงสร้างของมันมีการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับเปลือกและออร์บิทัลที่อิเล็กตรอนครอบครอง นี่เป็นวิธีง่ายๆ ในการทำนายว่าธาตุใดมีพลังงานไอออไนซ์สูงกว่าองค์ประกอบอื่นๆ โดยทั่วไป พลังงานไอออไนเซชันจะเพิ่มขึ้นเมื่อคุณเคลื่อนจากซ้ายไปขวาผ่านตารางธาตุ เนื่องจากจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเพิ่มขึ้น พลังงานไอออไนซ์ยังเพิ่มขึ้นเมื่อคุณย้ายจากแถวล่างสุดไปที่แถวบนสุดของตาราง เนื่องจาก องค์ประกอบในแถวล่างจะมีอิเลคตรอนที่ป้องกันอิเล็กตรอนชั้นนอกจากประจุกลางใน in นิวเคลียส. มีบางอย่างที่ผิดไปจากกฎนี้ ดังนั้นวิธีที่ดีที่สุดในการหาพลังงานไอออไนเซชันของอะตอมคือการมองหามันในตาราง

ไอออนเป็นอะตอมที่มีประจุสุทธิเนื่องจากความสมดุลระหว่างจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนถูกทำลาย เมื่อองค์ประกอบถูกแตกตัวเป็นไอออน จำนวนอิเล็กตรอนจะลดลง จึงมีโปรตอนส่วนเกินและมีประจุบวกสุทธิ ไอออนที่มีประจุบวกเรียกว่าไอออนบวก เกลือแกง (โซเดียมคลอไรด์) เป็นสารประกอบไอออนิกที่มีโซเดียมอะตอมในเวอร์ชันไอออนบวก ซึ่งได้เอาอิเล็กตรอนออกโดยกระบวนการที่ให้พลังงานไอออไนเซชัน แม้ว่าจะไม่ถูกสร้างขึ้นโดยไอออไนเซชันชนิดเดียวกันเพราะได้รับอิเล็กตรอนพิเศษ ไอออนที่มีประจุลบจะเรียกว่าแอนไอออน