Energia jonizacji: potencjał, metody jej określania
Energia jonizacji odnosi się do minimalnej ilości energii, zwykle wyrażonej w jednostkach kilodżuli na mol (kJ / mol), która jest wymagana do wytworzenia oderwania elektronu znajdującego się w atomie w fazie gazowej, który jest w swoim stanie fundamentalne
Stan gazowy odnosi się do stanu, w którym jest wolny od wpływu, jaki inne atomy mogą wywierać na siebie, tak jak wszelkie interakcje międzycząsteczkowe są odrzucane. Wielkość energii jonizacji jest parametrem opisującym siłę, z którą elektron jest związany z atomem, którego jest częścią.
Innymi słowy, im większa jest potrzebna energia jonizacji, tym bardziej skomplikowane będzie oddzielenie danego elektronu.
Potencjał jonizacji
Potencjał jonizacji atomu lub cząsteczki definiuje się jako minimalną ilość energii, która musi zostać zastosowana, aby spowodować odłączenie elektronu od najbardziej zewnętrznej warstwy atomu w jego stanie podstawowym i przy ładunku neutralnym; to znaczy energia jonizacji.
Należy zauważyć, że mówiąc o potencjale jonizacji, używany jest termin, który przestał być używany. Wynika to z faktu, że wcześniej określenie tej właściwości opierało się na wykorzystaniu potencjału elektrostatycznego do interesującej próbki.
Używając tego potencjału elektrostatycznego, miały miejsce dwie rzeczy: jonizacja związków chemicznych i przyspieszenie procesu odłączania elektronu, które było pożądane do usunięcia.
Tak więc, gdy zaczyna się wykorzystywać techniki spektroskopowe do określenia, termin „potencjał jonizacji” został zastąpiony przez „energię jonizacji”.
Wiadomo również, że właściwości chemiczne atomów są określone przez konfigurację elektronów obecnych na najbardziej zewnętrznym poziomie energii w tych atomach. Następnie energia jonizacji tych gatunków jest bezpośrednio związana ze stabilnością ich elektronów walencyjnych.
Metody określania energii jonizacji
Jak wcześniej wspomniano, metody określania energii jonizacji są głównie wywoływane przez procesy fotoemisji, które opierają się na określeniu energii emitowanej przez elektrony w wyniku zastosowania efektu fotoelektrycznego.
Chociaż można powiedzieć, że spektroskopia atomowa jest najbardziej bezpośrednią metodą oznaczania energii jonizacji próbki, mamy również spektroskopię fotoelektroniczną, w której mierzone są energie, z którymi elektrony są połączone z atomami.
W tym sensie spektroskopia fotoelektronów w ultrafiolecie (znana również jako UPS dla akronimu w języku angielskim) jest techniką, która wykorzystuje wzbudzenie atomów lub cząsteczek poprzez zastosowanie promieniowania ultrafioletowego.
Odbywa się to w celu przeanalizowania przejść energii najbardziej zewnętrznych elektronów w badanych substancjach chemicznych oraz charakterystyk wiązań, które one tworzą.
Znana jest również rentgenowska spektroskopia fotoelektronowa i ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe, które wykorzystują tę samą zasadę opisaną powyżej z różnicami w rodzaju promieniowania, które jest uderzane w próbkę, szybkości z jaką elektrony są wydalane i rozdzielczości uzyskane.
Pierwsza energia jonizacji
W przypadku atomów, które mają więcej niż jeden elektron na swoim najbardziej zewnętrznym poziomie, czyli tak zwanych atomów polielektronicznych, wartość energii niezbędnej do uruchomienia pierwszego elektronu atomu znajdującego się w stanie podstawowym jest podana przez następujące równanie:
Energia + A (g) → A + (g) + e-
„A” symbolizuje atom dowolnego elementu, a odłączony elektron jest reprezentowany jako „e-”. Daje to pierwszą energię jonizacji, określaną jako „I 1 ”.
Jak można zauważyć, przeprowadzana jest reakcja endotermiczna, ponieważ atom jest zasilany energią w celu uzyskania elektronu dodanego do kationu tego pierwiastka.
Podobnie, wartość pierwszej energii jonizacji pierwiastków obecnych w tym samym okresie wzrasta proporcjonalnie do wzrostu ich liczby atomowej.
Oznacza to, że zmniejsza się od prawej do lewej w danym okresie i od góry do dołu w tej samej grupie układu okresowego.
W tym sensie gazy szlachetne mają duże wartości energii jonizacji, podczas gdy pierwiastki należące do metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych mają niskie wartości tej energii.
Druga energia jonizacji
W ten sam sposób, gdy rozpoczyna się drugi elektron od tego samego atomu, otrzymuje się drugą energię jonizacji, symbolizowaną jako „I 2 ”.
Energia + A + (g) → A2 + (g) + e-
Ten sam schemat jest stosowany dla innych energii jonizacji przy uruchamianiu następujących elektronów, wiedząc, że po oderwaniu elektronu od atomu w jego stanie podstawowym, odpychający efekt między pozostałymi elektronami maleje.
Ponieważ właściwość zwana „ładunkiem jądrowym” pozostaje stała, wymagana jest większa ilość energii, aby uruchomić kolejny elektron gatunku jonowego, który ma ładunek dodatni. Tak więc energie jonizacji rosną, jak widać poniżej:
I 1 <I 2 <I 3 <... <I n
Wreszcie, oprócz efektu ładunku jądrowego, na wpływ energii jonizacji ma wpływ konfiguracja elektroniczna (liczba elektronów w powłoce walencyjnej, rodzaj zajętej orbity itp.) Oraz efektywny ładunek jądrowy elektronu, który ma zostać odłączony.
Z powodu tego zjawiska większość cząsteczek natury organicznej ma wysokie wartości energii jonizacji.
