Definitie en trend van ionisatie-energie

Ionisatie-energie is de energie die nodig is om een elektron uit een gasvormig atoom of ion te verwijderen. De eerste of initiële ionisatie-energie of E_ik van een atoom of molecuul is de energie die nodig is om één mol elektronen te verwijderen uit één mol geïsoleerde gasvormige atomen of ionen.

U kunt ionisatie-energie beschouwen als een maat voor de moeilijkheid om een elektron te verwijderen of de sterkte waarmee een elektron wordt gebonden. Hoe hoger de ionisatie-energie, hoe moeilijker het is om een elektron te verwijderen. Daarom is ionisatie-energie een indicator voor reactiviteit. Ionisatie-energie is belangrijk omdat het kan worden gebruikt om de sterkte van chemische bindingen te helpen voorspellen.

Ook gekend als: ionisatiepotentieel, IE, IP, ΔH °

eenheden: Ionisatie-energie wordt gerapporteerd in eenheden van kilojoule per mol (kJ / mol) of elektronenvolt (eV).

Ionisatie-energietrend in het periodiek systeem

Ionisatie, samen met atomaire en ionische straal, elektronegativiteit, elektronaffiniteit en metalliciteit, volgt een trend op het periodiek systeem der elementen.

Ionisatie-energie neemt in het algemeen toe van links naar rechts te bewegen over een elementperiode (rij). Dit komt omdat de atomaire straal in het algemeen afneemt over een periode, dus er is een grotere effectieve aantrekking tussen de negatief geladen elektronen en de positief geladen kern. Ionisatie is op zijn minimale waarde voor het alkalimetaal aan de linkerkant van de tafel en een maximum voor het edelgas aan de rechterkant van een periode. Het edelgas heeft een gevulde valentieschaal, dus het is bestand tegen elektronenverwijdering.
Ionisatie vermindert het van boven naar beneden verplaatsen van een elementengroep (kolom). Dit komt omdat het hoofdkwantumgetal van het buitenste elektron toeneemt door een groep naar beneden te bewegen. Er zijn meer protonen in atomen die door een groep naar beneden bewegen (grotere positieve lading), maar het effect is om de elektronenschillen naar binnen te trekken, ze kleiner te maken en buitenelektronen af te schermen van de aantrekkelijke kracht van de kern. Er worden meer elektronenschillen toegevoegd die door een groep naar beneden bewegen, zodat het buitenste elektron steeds meer afstand tot de kern wordt.

Eerste, tweede en daaropvolgende ionisatie-energieën

De energie die nodig is om het buitenste valentie-elektron uit een neutraal atoom te verwijderen, is de eerste ionisatie-energie. De tweede ionisatie-energie is die welke nodig is om het volgende elektron te verwijderen, enzovoort. De tweede ionisatie-energie is altijd hoger dan de eerste ionisatie-energie. Neem bijvoorbeeld een alkalimetaalatoom. Het verwijderen van het eerste elektron is relatief eenvoudig omdat het verlies het atoom een stabiele elektronenschil geeft. Het verwijderen van het tweede elektron omvat een nieuwe elektronenschil die dichter en nauwer is verbonden met de atoomkern.

De eerste ionisatie-energie van waterstof kan worden voorgesteld door de volgende vergelijking:

H (g) → H⁺(g) + e^-

ΔH° = -1312,0 kJ / mol

Uitzonderingen op de ionisatie-energietrend

Als je naar een grafiek van eerste ionisatie-energieën kijkt, zijn twee uitzonderingen op de trend meteen duidelijk. De eerste ionisatie-energie van boor is minder dan die van beryllium en de eerste ionisatie-energie van zuurstof is minder dan die van stikstof.

De reden voor de discrepantie is te wijten aan de elektronenconfiguratie van deze elementen en de regel van Hund. Voor beryllium komt het eerste ionisatiepotentiaalelektron uit de 2s orbitaal, hoewel ionisatie van boor een 2 omvatp elektron. Voor zowel stikstof als zuurstof komt het elektron uit de 2p orbitaal, maar de spin is hetzelfde voor alle 2p stikstofelektronen, terwijl er een set gepaarde elektronen is in een van de 2p zuurstof orbitalen.

Hoofdpunten

Ionisatie-energie is de minimale energie die nodig is om een elektron uit een atoom of ion in de gasfase te verwijderen.
De meest voorkomende eenheden van ionisatie-energie zijn kilojoule per mol (kJ / M) of elektronenvolt (eV).
Ionisatie-energie vertoont periodiciteit op het periodiek systeem.
De algemene trend is dat ionisatie-energie gedurende een elementperiode van links naar rechts beweegt. Over een periode van links naar rechts bewegen, de atomaire straal neemt af, dus elektronen worden meer aangetrokken door de (dichterbij) kern.
De algemene trend is dat ionisatie-energie in een periodieke tabelgroep van boven naar beneden gaat. Door een groep naar beneden te bewegen, wordt een valentieshell toegevoegd. De buitenste elektronen bevinden zich verder van de positief geladen kern, zodat ze gemakkelijker te verwijderen zijn.

Referenties

F. Albert Cotton en Geoffrey Wilkinson, Geavanceerde anorganische chemie (5e ed., John Wiley 1988) p.1381.
Lang, Peter F .; Smith, Barry C. "Ionisatie-energieën van atomen en atoomionen". Jons chemische onderwijs. 80 (8).

Wetenschap