Ενεργειακή Τάση Ιονισμού

Τάση ενέργειας ιονισμού αναφέρεται στην ενέργεια που απαιτείται για να εκτοπίσει ένα ηλεκτρόνιο από ένα δεδομένο άτομο ή στην ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ένα ιόν ή αέριο άτομο. Η ενέργεια ιονισμού μετριέται με την ενεργειακή μονάδα kilojoules ανά mole ή kj/mol.

Η τάση στην ενέργεια ιονισμού αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια ιονισμού ακολουθεί μια αξιοσημείωτη τάση στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων. Η ενέργεια ιονισμού συνήθως αυξάνεται καθώς μετακινείστε αριστερά ή δεξιά σε μια περίοδο γραμμής ή στοιχείου και συνήθως μειώνεται καθώς μετακινείτε από πάνω προς τα κάτω μια στήλη ή ομάδα στοιχείων.

Ορισμός της Ενέργειας Ιονισμού

Όπως αναφέρθηκε, η ενέργεια ιονισμού είναι η ποσότητα ή η ποσότητα ενέργειας που πρέπει να απορροφηθεί από ένα ιόν ή ένα απομονωμένο αέριο άτομο για να εκφορτίσει ένα ηλεκτρόνιο. Η εκκένωση ενός ηλεκτρονίου από ένα αέριο άτομο δημιουργεί ένα κατιόν ή ένα θετικά φορτισμένο ιόν.

Εάν ένα άτομο είναι αρχικά ουδέτερο, τότε η εκφόρτιση του πρώτου ηλεκτρονίου απαιτεί συνήθως λιγότερη συνολική ενέργεια από την εκφόρτιση του δεύτερου ηλεκτρονίου. Αυτό συνεχίζει να ισχύει για τα επόμενα ηλεκτρόνια. Η μετατόπιση του δεύτερου ηλεκτρονίου απαιτεί λιγότερη ενέργεια από το τρίτο ηλεκτρόνιο και η μετατόπιση του τρίτου ηλεκτρονίου απαιτεί λιγότερη ενέργεια από την εκφόρτιση του τέταρτου ηλεκτρονίου κ.λπ. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται περισσότερη ενέργεια για να μετατοπιστεί κάθε επόμενο ηλεκτρόνιο.

Ο λόγος που αυτό ισχύει είναι ότι μόλις αφαιρεθεί το πρώτο ηλεκτρόνιο από το ιόν, το καθαρό φορτίο του ατόμου είναι θετικό. Η θετική φύση των ατόμων σημαίνει ότι οι αρνητικές δυνάμεις του ηλεκτρονίου έλκονται από το θετικό φορτίο του νέου ιόντος και αυτό το φαινόμενο συνεχίζει να πολλαπλασιάζεται καθώς χάνονται περισσότερα ηλεκτρόνια από το ιόν, οπότε γίνεται όλο και πιο δύσκολος ο διαχωρισμός των ηλεκτρονίων από το ιόν.

Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ του πυρήνα και ενός ηλεκτρονίου, τόσο πιο εύκολο είναι για αυτό το ηλεκτρόνιο να μετατοπιστεί. Για το λόγο αυτό, η ενέργεια ιοντισμού θεωρείται συχνά συνάρτηση της ατομικής ακτίνας. Όσο μεγαλύτερη είναι η ατομική ακτίνα, τόσο λιγότερη ενέργεια απαιτείται για να αποσπάσει το ηλεκτρόνιο από το εξώτατο τροχιακό ή κέλυφος σθένους. Για παράδειγμα, θα ήταν πιο δύσκολο να αφαιρέσετε ένα ηλεκτρόνιο από ένα στοιχείο όπως το χλώριο, όπου τα ηλεκτρόνια είναι πιο κοντά στον πυρήνα, παρά να αφαιρέσετε ένα ηλεκτρόνιο από ένα στοιχείο όπως το ασβέστιο όπου τα ηλεκτρόνια είναι πιο μακριά από τον πυρήνα.

Τα τροχιακά ηλεκτρονίων των ατόμων χωρίζονται σε διαφορετικά κελύφη. Αυτά τα κελύφη έχουν αξιοσημείωτες επιπτώσεις στην ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από το άτομο. Για παράδειγμα, το αλουμίνιο είναι το πρώτο στοιχείο στη σειρά του που έχει ηλεκτρόνια στο 3ο περίβλημά του και χρειάζεται μόνο να ρίξει ένα ηλεκτρόνιο για να δημιουργήσει ένα σταθερό 3ο κέλυφος. Αυτό σημαίνει ότι το επίπεδο ενέργειας ιονισμού του αλουμινίου είναι αρκετά χαμηλό όταν το συγκρίνετε με άλλα στοιχεία αυτής της σειράς. Θυμηθείτε ότι όταν ασχολούμαστε με επακόλουθες ενέργειες ιονισμού, υπάρχει μεγάλη αύξηση στην ποσότητα ενέργειας ιονισμού που απαιτείται για την αποβολή ενός ηλεκτρονίου. Σε αυτήν την περίπτωση, η προσπάθεια αφαίρεσης ενός άλλου ηλεκτρονίου σημαίνει την αφαίρεσή του από ένα αρκετά σταθερό κέλυφος τρίτου ηλεκτρονίου.

Η τάση ιονισμού ενέργειας

Οι ενέργειες ιονισμού εξαρτώνται από την ατομική ακτίνα του εν λόγω ατόμου. Οι ενέργειες ιονισμού έχουν αντίστροφη σχέση με την ατομική ακτίνα. Αυτό σημαίνει ότι εφόσον η τάση της ατομικής ακτίνας περιγράφει πώς η κίνηση από τα δεξιά προς τα αριστερά στον περιοδικό πίνακα αυξάνει την ατομική ακτίνα, η ενέργεια ιονισμού αυξάνεται καθώς κινείστε αριστερά ή δεξιά. Η ενέργεια ιονισμού μειώνεται επίσης καθώς ακολουθείτε τον πίνακα από πάνω προς τα κάτω. Υπάρχουν μερικές αξιοσημείωτες εξαιρέσεις στην τάση ιονισμού, όπως τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών που βρίσκονται στην Ομάδα 2 και τα στοιχεία της ομάδας αζώτου που βρίσκονται στην Ομάδα 15.

Η ομάδα 2 και η ομάδα 15 του περιοδικού πίνακα έχουν πλήρως γεμάτα και μισογεμισμένα κελύφη αντίστοιχα. Τα στοιχεία της Ομάδας 2 έχουν συνήθως ενέργεια ιοντισμού η οποία είναι μεγαλύτερη από τα στοιχεία της ομάδας 13, ενώ τα στοιχεία της ομάδας 15 έχουν υψηλότερη ενέργεια ιοντισμού από τα στοιχεία της ομάδας 16.

Η ομάδα με τις μικρότερες συνολικές ενέργειες ιονισμού είναι τα αλκαλικά μέταλλα, απλώς συγκρίνετε τα με τις ενέργειες ιονισμού για αλογόνα. Ενώ η ατομική ακτίνα παίζει σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό της ενέργειας ιοντισμού ενός ατόμου, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που βρίσκονται μεταξύ του πυρήνα και των ηλεκτρονίων στο κέλυφος σθένους έχει επίσης αντίκτυπο στο επίπεδο ενέργειας ιονισμού.

Ο όρος θωράκιση περιγράφει το φαινόμενο όπου το θετικό φορτίο του πυρήνα ενός ατόμου έχει μικρότερη επίδραση στα εξωτερικά ηλεκτρόνια αφού τα αρνητικά φορτία που βρίσκονται μέσα στα εσωτερικά ηλεκτρόνια μειώνουν την επίδραση του θετικού φορτίου. Περισσότερα ηλεκτρόνια που βρίσκονται ανάμεσα στον πυρήνα και το εξωτερικό περίβλημα σημαίνει περισσότερα ηλεκτρόνια για να προστατεύσουν το εξωτερικό περίβλημα από τις επιδράσεις του πυρήνα, κάτι που μεταφράζεται σε λιγότερη ενέργεια που απαιτείται για την αφαίρεση ενός ηλεκτρονίου από αυτό το άτομο. Με άλλα λόγια, όσο μεγαλύτερη είναι η επίδραση θωράκισης, τόσο χαμηλότερη είναι η ενέργεια ιονισμού αυτού του ατόμου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ενέργεια ιονισμού μειώνεται καθώς κινείστε προς τα κάτω σε μια ομάδα. Όσον αφορά τα παραδείγματα, το φθόριο έχει την υψηλότερη συνολική ενέργεια ιοντισμού ενώ το καίσιο έχει τη χαμηλότερη συνολική ενέργεια ιονισμού.

Η τάση ιονισμού ενέργειας και η τάση συγγένειας ηλεκτρονίων

Η συγγένεια ηλεκτρονίων και η ενέργεια ιονισμού έχουν και οι δύο παρόμοιες τάσεις που μπορείτε να βρείτε στον περιοδικό πίνακα. Η συγγένεια ηλεκτρονίων ενός ατόμου αυξάνεται κατά τη διάρκεια των περιόδων στο τραπέζι, όπως επίσης αυξάνεται και η ενέργεια ιοντισμού. Ομοίως, η συγγένεια των ηλεκτρονίων μειώνεται από πάνω προς τα κάτω στον πίνακα, όπως ακριβώς συμβαίνει και με την ενέργεια ιοντισμού. Η αιτία της μείωσης τόσο της συγγένειας των ηλεκτρονίων όσο και της ενέργειας ιονισμού είναι η ίδια επίσης, το φαινόμενο θωράκισης. Όταν τα συγκρίνετε με στοιχεία που βρίσκονται στην πρώτη και τη δεύτερη ομάδα του πίνακα, τα αλογόνα είναι ικανά να συλλαμβάνουν εύκολα ηλεκτρόνια. Η τάση έλξης και σύλληψης ηλεκτρονίων όταν το στοιχείο βρίσκεται σε αέρια κατάσταση αναφέρεται ως ηλεκτραρνητικότητα και έχει τη δική της τάση στον περιοδικό πίνακα. Η ηλεκτροαρνητικότητα αφορά επίσης τον προσδιορισμό των χημικών διαφορών που υπάρχουν μεταξύ μεταλλικών και μη μεταλλικών στοιχείων.

Σύνοψη:

Η ενέργεια ιοντισμού αναφέρεται στην ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τον διαχωρισμό ενός ηλεκτρονίου από ένα ιόν ή άτομο στην αέρια φάση του. Η ενέργεια ιοντισμού μετριέται είτε σε kilojoules ανά mol (kJ/M) είτε σε ηλεκτρονιοβολτ (eV). Η ενέργεια ιονισμού αυξάνεται καθώς πηγαίνετε αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο στο τραπέζι και μειώνεται καθώς μετακινείστε από πάνω προς τα κάτω προς τα κάτω στον πίνακα.