Energia jonizacji to minimalna energia potrzebna do usunięcia elektronu z izolowanej cząsteczki. Energia zaangażowana w proces jonizacji rośnie wraz z przesuwaniem się pierwiastka w układzie okresowym od lewej do prawej strony. Metale mają zwykle niższą energię jonizacji niż niemetale.
Fizycy ją mierzą
W fizyce i chemii energia potrzebna do wyrwania pojedynczego elektronu z atomu jest znana jako energia jonizacji. Energia ta jest wyrażana jako liczba kilodżuli na mol i jest najczęściej używana w kontekście gatunków w fazie gazowej. Można ją jednak również mierzyć bezpośrednio.
Na energię jonizacji duży wpływ ma charakter wiązań chemicznych między związkami. Można ją znaleźć jako różnicę między potencjałem jonizacji a energią jonizacji danego pierwiastka. Ogólnie rzecz biorąc, energia jonizacji jest większa, gdy liczba protonów w jądrze jest wyższa.
Większa liczba protonów powoduje, że cząsteczki są mocniej związane. Ponadto większa liczba protonów w jądrze przyciąga więcej elektronów. Zwiększa to siłę elektrostatyczną, co zwiększa energię jonizacji pierwiastka.
Elektrony nie „patrzą” w stronę jądra
Podczas studiowania mechaniki kwantowej możesz zauważyć, że elektrony nie patrzą w stronę jądra. Zamiast tego poruszają się wokół jądra w superpozycji stanów energetycznych. Jest to wynikiem działania siły przyciągania między elektronem a jądrem.
Gdy jądro staje się bardziej naładowane dodatnio, zwiększa się przyciąganie między elektronem a jądrem. Oznacza to, że wzrośnie energia jonizacji. Energia pierwszej jonizacji to energia potrzebna do przerwania tego przyciągania i usunięcia elektronu z atomu gazowego.
Na przykład energia pierwszej jonizacji wodoru wynosi 1310 kJ mol-1. Nie jest zaskoczeniem, że jest to najważniejsza energia jonizacji. Druga, trzecia i czwarta są jednak mniej ważne.
Jest miarą zdolności pierwiastka chemicznego do wchodzenia w reakcje chemiczne
Energia jonizacji jest miarą zdolności pierwiastka chemicznego do wchodzenia w reakcje chemiczne. Jest ona funkcją wielkości ładunku elektrycznego na jądrze pierwiastka. Wielkość energii jonizacji zależy od wielkości atomu i jego konfiguracji elektronicznej.
Energie jonizacji są często podawane w dżulach. Są one powszechnie używane do obliczania entalpii tworzenia jonów. Wartość ta jest wyznaczana przez całkowanie zintegrowanej pojemności cieplnej elektronu. Gdy atom traci elektrony, energia jonizacji wzrasta.
Energię jonizacji oblicza się różnymi metodami. Niektóre z nich są półempiryczne, a inne bezpośrednie. Czasami do obliczenia energii jonizacji cząsteczki używa się techniki znanej jako spektrometria masowa rezonansu jonizacyjnego.
Zwiększanie się energii jonizacji w miarę przesuwania się z lewej do prawej strony układu okresowego
Układ okresowy pokazuje, jak pierwiastek zwiększa lub zmniejsza swoje rozmiary i właściwości w miarę przesuwania się w dół rzędu lub kolumny. Zmiany te można zaobserwować zarówno w skali atomowej, jak i jonowej. Ważne jest, aby zrozumieć, że tendencje nie zawsze są bezwzględne. Na przykład większy atom może nie mieć większej energii jonizacji.
Przyglądając się atomowi w układzie okresowym, zauważysz, że liczba elektronów i protonów wzrasta wraz z przesuwaniem się w dół kolumny lub rzędu. Dzieje się tak dlatego, że każdy nowy pierwiastek ma o jeden proton więcej w jądrze, co daje mu większy ładunek dodatni.
W dodatku liczba elektronów w powłokach wewnętrznych pozostaje taka sama, gdy przesuwasz się od lewej do prawej. Natomiast liczba elektronów w zewnętrznych powłokach rośnie.
Metale mają niższą energię jonizacji niż niemetale
Metale to pierwiastki znajdujące się w środku układu okresowego. Są to pierwiastki elektropodatnie, które mają tendencję do tracenia lub zyskiwania elektronów. W porównaniu z niemetalami, metale mają niższą energię jonizacji. Są również bardzo plastyczne i ciągliwe. To sprawia, że są przydatne w produkcji cienkich arkuszy lub do ciągnienia ich w druty.
Energia jonizacji to ilość energii potrzebna do usunięcia elektronu z atomu. Wyraża się ją w kJ/mol. Ogólnie rzecz biorąc, energie jonizacji są liczbami dodatnimi. Jednak niektóre pierwiastki, takie jak metale alkaliczne, mają niższe energie jonizacji niż inne. Pierwsza energia jonizacji danego pierwiastka jest zawsze wyższa niż druga energia jonizacji.
Elektronegatywność a energia jonizacji
Elektronegatywność to zdolność atomu do przyciągania elektronów. Innymi słowy, jest to siła przyciągania jądra do elektronu walencyjnego. Zdolność ta jest ważna dla wyjaśnienia stabilności związków chemicznych.
Elektronegatywność jest ważna dla zrozumienia, dlaczego niektóre związki chemiczne pozostają stabilne, a inne się rozpadają. Pomaga też wyjaśnić strukturę ciał stałych.
Elektronegatywność mierzy się w jednostkach eV. Wartość liczby elektronoelektronowej zależy od wielu czynników. Oblicza się ją na podstawie średniej geometrycznej atomów wchodzących w jej skład. Zazwyczaj wyższa wartość potencjału elektronowego wskazuje na silniejsze przyciąganie wspólnych elektronów w wiązaniu kowalencyjnym.