Йонизационна енергия: потенциал, методи за нейното определяне

Йонизационната енергия се отнася до минималното количество енергия, обикновено изразено в килоджаули на мол (kJ / mol), което се изисква за отделяне на електрона, разположен в атом в газова фаза, който е в неговото състояние. фундаментално.

Газовото състояние се отнася до състоянието, в което то е свободно от влиянието, което другите атоми могат да упражнят върху себе си, точно както всяко междумолекулно взаимодействие се отхвърля. Величината на йонизационната енергия е параметър, който описва силата, с която един електрон е свързан с атома, от който е част.

С други думи, колкото е по-голяма необходимото количество йонизационна енергия, толкова по-сложно ще бъде отделянето на въпросния електрон.

Йонизационен потенциал

Йонизационният потенциал на атом или молекула се определя като минималното количество енергия, което трябва да се приложи, за да предизвика отделянето на електрона от най-външния слой на атома в неговото основно състояние и с неутрален заряд; това е енергията на йонизация.

Трябва да се отбележи, че когато се говори за йонизационен потенциал, се използва термин, който е изпаднал в употреба. Това е така, защото преди това определянето на това свойство се основаваше на използването на електростатичен потенциал към интересуващата ни проба.

Чрез използването на този електростатичен потенциал се случиха две неща: йонизацията на химичните видове и ускоряването на процеса на отделяне на електрона, който се желаеше да се премахне.

Така че, когато започва да използва спектроскопични техники за нейното определяне, терминът "йонизационен потенциал" е заменен с "йонизационна енергия".

Също така е известно, че химичните свойства на атомите се определят от конфигурацията на електроните, присъстващи на най-външно енергийно ниво в тези атоми. Тогава енергията на йонизация на тези видове е пряко свързана със стабилността на техните валентни електрони.

Методи за определяне на йонизационната енергия

Както вече споменахме, методите за определяне на йонизационната енергия се дават главно от фотоемисионни процеси, които се основават на определянето на енергията, излъчвана от електроните като следствие от прилагането на фотоелектричния ефект.

Въпреки че може да се каже, че атомната спектроскопия е най-непосредственият метод за определяне на енергията на йонизация на пробата, имаме и фотоелектронна спектроскопия, в която се измерват енергиите, с които електроните са свързани с атомите.

В този смисъл, ултравиолетовата фотоелектронна спектроскопия (известна още като UPS за акронима на английски) е техника, която използва възбуждането на атоми или молекули чрез прилагане на ултравиолетова радиация.

Това се прави, за да се анализират енергийните преходи на повечето външни електрони в изследваните химични видове и характеристиките на връзките, които те образуват.

Известни са също така и рентгено-фотоелектронната спектроскопия и екстремното ултравиолетово лъчение, които използват същия принцип, описан по-горе, с разликите в типа на излъчването, което се влива в пробата, скоростта, с която електроните се изхвърлят и разделителната способност. получава.

Първа йонизационна енергия

В случая на атоми, които имат повече от един електрон на най-външното си ниво, т.е. така наречените полиелектронни атоми, стойността на енергията, необходима за стартиране на първия електрон от атома, която е в нейното основно състояние, се дава от следното уравнение:

Енергия + А (ж) → А + (ж) + е-

"А" символизира атом от всеки елемент и отделеният електрон е представен като "е-". Това води до първата йонизационна енергия, наричана "I ₁ ".

Както може да се види, се провежда ендотермична реакция, тъй като атомът се захранва с енергия, за да се получи електрон, добавен към катиона на този елемент.

По същия начин, стойността на първата енергия на йонизация на присъстващите елементи в същия период нараства пропорционално на увеличаването на техния атомен номер.

Това означава, че тя намалява от дясно на ляво в даден период и от горе до долу в същата група на периодичната таблица.

В този смисъл благородните газове имат високи величини в техните йонизационни енергии, докато елементите, принадлежащи към алкалните и алкалоземните метали, имат ниски стойности на тази енергия.

Втора йонизационна енергия

По същия начин, когато се стартира втори електрон от същия атом, се получава втората йонизационна енергия, символизирана като "I2".

Енергия + A + (g) → A2 + (g) + e-

Същата схема се следва и за другите йонизационни енергии при стартирането на следните електрони, като се знае, че след отделянето на електрона от атома в неговото основно състояние, отблъскващият ефект между останалите електрони намалява.

Тъй като имуществото, наречено "ядрен заряд", остава постоянно, се изисква по-голямо количество енергия, за да се стартира друг електрон от йонните видове, който има положителен заряд. Така енергиите на йонизация се увеличават, както се вижда по-долу:

I ₁ <I ₂ <I ₃ <... <I _n

Накрая, в допълнение към ефекта на ядрения заряд, енергиите на йонизация се влияят от електронната конфигурация (брой на електроните в валентната обвивка, вида на окупираната орбита и т.н.) и ефективния ядрен заряд на електрона, който трябва да се отдели.

Поради това явление повечето от молекулите на органичната природа имат високи стойности на йонизационната енергия.