Παράγοντες που επηρεάζουν την ενέργεια ιονισμού

Για να το θέσω αλλιώς, η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ένα άτομο ή ένα ιόν, ή η τάση ενός ατόμου ή ιόντος να παραδώσει ένα ηλεκτρόνιο, μπορεί να περιγραφεί ως ενέργεια ιονισμού με απλούς όρους. Η απώλεια ενός ηλεκτρονίου συμβαίνει συχνότερα στη βασική κατάσταση του εν λόγω χημικού είδους.

Αν θέλουμε να γίνουμε πιο συγκεκριμένοι, μπορούμε να πούμε ότι το μέτρο της δύναμης (ελκτικές δυνάμεις) με το οποίο συγκρατείται ένα ηλεκτρόνιο σε μια συγκεκριμένη θέση είναι ενέργεια ιονισμού.

Ενέργεια ιονισμού:Εν συντομία

Αν το σκεφτούμε με πιο τεχνικούς όρους, η ενέργεια ιονισμού μπορεί να οριστεί ως η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που πρέπει να απορροφήσει ένα ηλεκτρόνιο σε ένα αδρανές αέριο άτομο ή ιόν για να ξεφύγει από την επίδραση του πυρήνα. Αναφέρεται επίσης ως δυναμικό ιονισμού και είναι συνήθως μια ενδόθερμη αντίδραση.

Αυτό που μπορούμε να συμπεράνουμε περαιτέρω είναι ότι η ενέργεια ιονισμού μιας χημικής ένωσης μας παρέχει μια ένδειξη της αντιδραστικότητάς της. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της αντοχής της χημικής σύνδεσης, σύμφωνα με τον κατασκευαστή. Μετριέται είτε σε ηλεκτρον βολτ είτε σε kilojoules ανά mol ουσίας.

Εάν τα μόρια ιονίζονται, κάτι που συχνά οδηγεί σε αλλαγές στη μοριακή γεωμετρία, η ενέργεια ιονισμού μπορεί να είναι είτε αδιαβατική είτε κάθετη, ανάλογα με τη φύση του ιονισμού.

Διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν την ενθαλπία ιονισμού των στοιχείων

Η ενθαλπία του ιονισμού προσδιορίζεται από τους ακόλουθους παράγοντες:

• Πυρηνικό φορτίο:Καθώς το πυρηνικό φορτίο αυξάνεται, η ενθαλπία ιονισμού αυξάνεται αναλογικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, καθώς το πυρηνικό φορτίο αυξάνεται, τα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό περίβλημα συνδέονται πιο σφιχτά με τον πυρήνα, απαιτώντας περισσότερη ενέργεια για να απομακρυνθεί ένα ηλεκτρόνιο από το άτομο από ό,τι υπήρχε στο παρελθόν.

Για παράδειγμα, καθώς περπατάμε κατά μήκος μιας περιόδου από αριστερά προς τα δεξιά, η ενθαλπία ιονισμού αυξάνεται ως αποτέλεσμα του αυξημένου πυρηνικού φορτίου.

• Ατομικό μέγεθος ή ακτίνα:Καθώς το ατομικό μέγεθος ή ακτίνα μεγαλώνει, η ενθαλπία ιονισμού πέφτει. Η ελκτική δύναμη στο εξωτερικό ηλεκτρόνιο μειώνεται καθώς η απόσταση μεταξύ των εξωτερικών ηλεκτρονίων και του πυρήνα μεγαλώνει με την αύξηση της ατομικής ακτίνας.

Ως αποτέλεσμα αυτού, τα εξωτερικά ηλεκτρόνια συγκρατούνται λιγότερο σφιχτά, και έτσι απαιτείται μικρότερη ποσότητα ενέργειας για να τα χτυπήσει έξω. Ως αποτέλεσμα, η ενθαλπία ιονισμού μειώνεται καθώς αυξάνεται το μέγεθος των ατόμων. Έχει ανακαλυφθεί ότι η ενθαλπία ιονισμού μειώνεται καθώς κάποιος κινείται προς τα κάτω σε μια ομάδα.

• Η διεισδυτική πρόσκρουση των ηλεκτρονίων συζητείται λεπτομερώς. Η ενθαλπία ιονισμού αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση της πρόσκρουσης διείσδυσης των ηλεκτρονίων. Αυτό το γνωστό γεγονός είναι ότι, στην περίπτωση των ατόμων πολλαπλών ηλεκτρονίων, τα ηλεκτρόνια του τροχιακού έχουν την υψηλότερη πιθανότητα να βρεθούν κοντά στον πυρήνα, και αυτή η πιθανότητα μειώνεται όσο τα p.dd και f- τροχιακά του ίδιου φλοιού προστίθενται στο μείγμα.

Με άλλα λόγια, τα ηλεκτρόνια s από οποιοδήποτε φλοιό διεισδύουν στον πυρήνα πιο εύκολα από τα ηλεκτρόνια p από το ίδιο κέλυφος. Ως αποτέλεσμα, το φαινόμενο διείσδυσης μειώνεται με τη σειρά s> p> d>f μέσα στο ίδιο κέλυφος, για παράδειγμα, η ενθαλπία του πρώτου ιονισμού για το αλουμίνιο είναι χαμηλότερη από εκείνη του μαγνησίου. Ο λόγος για αυτό είναι ότι στην περίπτωση του αλουμινίου (1s2,2s2,2p2,3s2,3p2x), πρέπει να αφαιρέσουμε ένα p-ηλεκτρόνιο από το ίδιο ενεργειακό κέλυφος για να φτιάξουμε ιόν Al+, ενώ στην περίπτωση του μαγνησίου (1s2 ,2s2,2p6,3s2), πρέπει να αφαιρέσουμε ένα ηλεκτρόνιο s από το ίδιο ενεργειακό κέλυφος για να παράγουμε ιόν Mg+.

•  Η δράση θωράκισης ή διαλογής των ηλεκτρονίων στο εσωτερικό κέλυφος. Η ενθαλπία ιονισμού μειώνεται καθώς η επίδραση θωράκισης των εσωτερικών ηλεκτρονίων, γνωστή και ως φαινόμενο διαλογής, δυναμώνει. Ως αποτέλεσμα, η δύναμη έλξης του πυρήνα για τα ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους μειώνεται και ως αποτέλεσμα μειώνεται η ενθαλπία ιονισμού.
• Η επίδραση της διάταξης των ηλεκτρονίων. Εάν τα τροχιακά ενός ατόμου είναι ακριβώς κατά το ήμισυ ή πλήρως γεμάτα, η διάταξη είναι πιο σταθερή από την αναμενόμενη. ως αποτέλεσμα, η αφαίρεση ενός ηλεκτρονίου από ένα τέτοιο άτομο απαιτεί περισσότερη ενέργεια από αυτή που θα περίμενε κανείς.

Παράδειγμα:Το Be (1s2,2s2) έχει μεγαλύτερη ενθαλπία ιονισμού από το B (1s2,2s22p1) και το N(1s2,2s2,2p6x,2p1y2p1z) έχει υψηλότερη ενθαλπία ιονισμού από το O. Για παράδειγμα, το O έχει υψηλότερη ενθαλπία ιονισμού από το Be (1s2,2s2) (1s2,2s22p2x,2p1y,2p1z) Συνολικά, όταν μετακινούμαστε από αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο, η ενθαλπία ιονισμού αυξάνεται με την αύξηση των ατομικών αριθμών, κάτι που είναι σύμφωνο με την τάση της περιόδου.

Καθώς προχωράμε κατά μήκος μιας ομάδας στοιχείων από το ένα στοιχείο στο άλλο, οι ενθαλπίες ιονισμού συνεχίζουν να μειώνονται σε τακτική βάση.

Η Εξέλιξη της Ενέργειας Ιονισμού στον Περιοδικό Πίνακα

Ακολουθούν ορισμένες γενικές περιοδικές τάσεις:

Τάσεις στην ενθαλπία ιονισμού μιας ομάδας μορίων:

Καθώς ταξιδεύουμε προς τα κάτω σε ένα σύνολο στοιχείων, η αρχική ενθαλπία ιονισμού των στοιχείων πέφτει. Προχωρώντας προς τα κάτω σε μια ομάδα, ο ατομικός αριθμός αυξάνεται και ο αριθμός των κελυφών αυξάνεται παράλληλα με την αύξηση του ατομικού αριθμού. Επειδή τα εξωτερικά ηλεκτρόνια βρίσκονται μακριά από τον πυρήνα, μπορούν εύκολα να αφαιρεθούν. Το δεύτερο στοιχείο που συμβάλλει στη μείωση της ενέργειας ιονισμού είναι το φαινόμενο θωράκισης που προκαλείται από έναν αυξανόμενο αριθμό κελυφών καθώς προχωράμε προς τα κάτω στην ιεραρχία της ομάδας.

Εξέλιξη της ενθαλπίας ιονισμού με την πάροδο του χρόνου

Η ενέργεια ιονισμού των στοιχείων αυξάνεται καθώς μετακινούμαστε από αριστερά προς τα δεξιά σε μια χρονική περίοδο. Ως αποτέλεσμα της μείωσης του μεγέθους των ατόμων με την πάροδο του χρόνου, αυτό συμβαίνει. Καθώς προχωράμε από αριστερά προς τα δεξιά, τα ηλεκτρόνια σθένους ενός ατόμου πλησιάζουν περισσότερο τον πυρήνα ως αποτέλεσμα του υψηλότερου πυρηνικού φορτίου στον πυρήνα. Προκειμένου να αφαιρεθεί ένα ηλεκτρόνιο από το κέλυφος σθένους, πρέπει να χρησιμοποιηθεί περισσότερη ενέργεια προκειμένου να ενισχυθεί η δύναμη έλξης μεταξύ του πυρήνα και των ηλεκτρονίων.

Συμπέρασμα

Στην περίπτωση της ενέργειας ιονισμού, ο στόχος είναι να διερευνηθεί η ποσότητα της τάσης ενός ατόμου ή ενός ιόντος να εγκαταλείψει ένα ηλεκτρόνιο, καθώς και η αποτελεσματικότητα της δέσμευσης ηλεκτρονίων. Εάν η ενέργεια ιονισμού είναι στο υψηλότερο και βέλτιστο επίπεδο, θα είναι εξαιρετικά δύσκολο να αφαιρεθεί ένα ηλεκτρόνιο από το σύστημα. Θα μπορούσαμε να σκεφτούμε την ενέργεια ιονισμού ως δείκτη της αντιδραστικότητας ενός ατόμου ή ενός ιόντος ως προς τις χημικές αντιδράσεις. Είναι δυνατόν ένα στοιχείο να έχει χαμηλή ενέργεια ιονισμού. Σε αυτή την περίπτωση θα ενεργήσει ως αναγωγικός παράγοντας και θα αντιδράσει με ανιόντα και όχι με κατιόντα προκειμένου να παραχθεί το άλας.

Ως εκ τούτου, ο ενεργός ατομικός αριθμός αυτής της ένωσης είναι 36, που είναι ίσος με τον ατομικό αριθμό του κρυπτόν(36).