Ionisasie-energie

Moet nie verwar word met aktiveringsenergie.
Grafiek van ionisasie-energie teenoor atoomgetal. Die ionisasie-energie neem geleidelik toe van die alkalimetale na die edelgasse. Die maksimum ionisasie-energie neem ook af van die eerste na die laaste ry in 'n gegewe kolom, as gevolg van die toenemende afstand van die valenselektronskil vanaf die kern.

In fisika en chemie is ionisasie-energie die minimum hoeveelheid energie wat nodig is om 'n losweg-gebonde elektron van 'n geïsoleerde neutrale gasatoom of -molekule te verwyder.[1] Dit word uitgedruk as

X(g) + energie ⟶ X+(g) + e−

waar X enige atoom of molekuul is, is X+ die ioon met een elektron verwyder, en e− die verwyderde elektron.[2] Dit is oor die algemeen 'n endotermiese proses. Hoe nader die buitenste elektrone aan die atoomkern is, hoe hoër die atoom se ionisasie-energie.

Ionisasie-energie word uitgedruk in verskillende eenhede in fisika en chemie.[3] In fisika is die eenheid die hoeveelheid energie wat benodig word om 'n enkele elektron uit 'n enkele atoom of molekule te verwyder, uitgedruk in elektronvolt. In chemie is die eenheid die hoeveelheid energie wat benodig word vir al die atome in 'n mol stof om elk een elektron te verloor en word molêre ionisasie-energie genoem (en is ongeveer gelyk aan entalpie), uitgedruk as kilojoule per mol (kJ/mol).[4]

Vergelyking van ionisasie-energieë van atome in die periodieke tabel onthul twee periodieke tendense wat Coulomb se wet van aantrekkingskrag volg:[5]

  1. Ionisasie-energie neem gewoonlik binne 'n gegewe periode van links na regs toe (dit wil sê ry af).
  2. Ionisasie-energie neem gewoonlik van bo na onder in 'n gegewe groep toe (dit wil sê kolom af).

Laasgenoemde tendens is die gevolg van die feit dat die buitenste elektronskil geleidelik verder van die kern af is, met die toevoeging van een binneste skil per ry van die periodieke tabel as 'n mens in die kolom af beweeg.

Die nde ionisasie-energie verwys na die hoeveelheid energie wat benodig word om 'n elektron van die spesie met 'n lading van (n-1) te verwyder. Die eerste drie ionisasie-energieë word byvoorbeeld soos volg gedefinieer:

1ste ionisasie-energie is die energie wat die reaksie X ⟶ X+ + e− moontlik maak
2de ionisasie-energie is die energie wat die reaksie X+ ⟶ X2+ + e− moontlik maak
3de ionisasie-energie is die energie wat die reaksie X2+ ⟶ X3++ e− moontlik maak

Die term ionisasiepotensiaal is 'n ouer en verouderde term[6] vir ionisasie-energie,[7] omdat die oudste metode om ionisasie-energie te meet gebaseer was op die ionisering van 'n monster en die versnelling van die elektron wat verwyder is met behulp van 'n elektrostatiese potensiaal.

Die belangrikste faktore wat die ionisasie-energie beïnvloed, sluit in:

  • Elektronkonfigurasie: dit is verantwoordelik vir meeste van die ioniseringsenergie van die meeste elemente, aangesien al hul chemiese en fisiese eienskappe bepaal kan word deur slegs hul onderskeie elektronkonfigurasie te bepaal.
  • Kernlading: as die kernlading (atoomgetal) groter is, word die elektrone sterker aangetrek deur die kern, en dus sal die ionisasie-energie groter wees.
  • Aantal elektronskille: as die grootte van die atoom groter is as gevolg van die teenwoordigheid van meer skille, word die elektrone minder sterk deur die kern aangetrek en sal die ionisasie-energie minder wees.
  • Effektiewe kernlading (Zeff): as die grootte van elektronafskerming en -penetrasie groter is, word die elektrone minder sterk deur die kern aangetrek en word die Zeff van die elektron en die ionisasie-energie verminder.[8]
  • Die soort orbitale wat geïoniseerd is: 'n atoom met 'n meer stabiele elektroniese konfigurasie het minder neiging om elektrone te verloor en het gevolglik hoër ionisasie-energie.
  • Elektronbesetting: as die hoogste besette skil dubbel beset is, is dit makliker om 'n elektron te verwyder. Dit is as gevolg van afstoting tussen die elektrone.

Ander faktore sluit in:

  • Relatiwistiese effekte: swaarder elemente (veral elemente waarvan die atoomgetal groter is as 70) word hierdeur beïnvloed, aangesien hul elektrone die snelheid van lig nader en dus 'n kleiner atoomradius of hoër ionisasie-energie het.
  • Lantanied- en aktiniedkontraksie: dié krimp van die elemente beïnvloed die ionisasie-energie aangesien die nettolading van die kern sterker gevoel word.

Verwysings

[wysig | wysig bron]
  1. ↑ "Periodic Trends". Chemistry LibreTexts (in Engels). 2 Oktober 2013. Besoek op 1 Maart 2021.
  2. ↑ Miessler, Gary L.; Tarr, Donald A. (1999). Inorganic Chemistry (in Engels) (2de uitg.). Prentice Hall. p. 41. ISBN 0-13-841891-8.
  3. ↑ "Ionization energy". britannica.com (in Engels). Encyclopædia Britannica. 29 Mei 2020. Besoek op 1 Maart 2021.
  4. ↑ "Ionization Energy". ChemWiki (in Engels). University of California, Davis. 2 Oktober 2013. Besoek op 1 Maart 2021.
  5. ↑ "Chapter 9: Quantum Mechanics". faculty.chem.queesu.ca (in Engels). 15 Januarie 2018. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 24 Julie 2020. Besoek op 1 Maart 2021.
  6. ↑ "IUPAC - ionization potential (I03208)". goldbook.iupac.org (in Engels). Besoek op 2 Maart 2021.
  7. ↑ Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1988). Advanced Inorganic Chemistry (in Engels) (5de uitg.). John Wiley. p. 1381. ISBN 0-471-84997-9.
  8. ↑ Lang, Peter F.; Smith, Barry C. (2003). "Ionization Energies of Atoms and Atomic Ions". Journal of Chemical Education (in Engels). 80 (8): 938. Bibcode:2003JChEd..80..938L. doi:10.1021/ed080p938.