Энергия ионизации и как ее расчитать

Что такое энергия ионизации?
Энергия ионизации, также называемая потенциалом ионизации, - это свойство, которым обладают все элементы периодической таблицы.

Итак, каково определение энергии ионизации? Это количество энергии, необходимое для удаления электрона из нейтрального атома, который образует ион. Обычно он измеряется в кДж / моль, и измерение основано на изолированном атоме в его газовой фазе. Давайте узнаем, как ее рассчитать, что подразумевается под первой и второй энергией ионизации и как она изменяется в периодической таблице.

Энергия ионизации может быть показана уравнением:

X + первая энергия ионизации > X+ + e–

Где

X - нейтральный атом
X+ - ион атома X с одним положительным зарядом
e– электрон с одним отрицательным зарядом

Что подразумевается под “первой” энергией ионизации?
В уравнении “первая энергия ионизации” относится к энергии ионизации, необходимой для удаления первого электрона нейтрального атома, давая ион с одним положительным зарядом. Вторая энергия ионизации - это количество энергии, необходимое для удаления второго электрона из иона 1 + (имеется в виду ион с одним положительным зарядом), что дает ион с зарядом 2 +.

Что такое ион?
Ион — это положительно или отрицательно заряженный атом - он получает заряд, имея количество электронов, неравное числу его протонов. Например, ион натрия, также записываемый как Na +, имеет 11 протонов и 10 электронов. На один протон больше, чем электронов, что делает ион положительно заряженным. Количество протонов для любого атома или иона всегда постоянно (количество протонов определяет атомный номер).

Как рассчитать энергию ионизации
Потенциал ионизации для водорода можно рассчитать, используя следующее уравнение:

E = hcR H(1/n2), где

E - энергия электрона (или количество энергии, необходимое для удаления электрона, энергия ионизации)
h - постоянная Планка = 6,626 * 10-34 Дж (джоулей * секунд)
c - скорость света = 3,00 * 10,8 м / с (метров в секунду)
Hr - постоянная Ридберга = 1,097 * 10 7 м-1 (1/ м)
n - главное квантовое число (или энергетический уровень) электрона

После ввода значений констант уравнение становится:

E = (2,18 * 10-18 Дж)(1/n 2)

Отсюда вы можете ввести значение уровня энергии электрона, чтобы найти количество энергии, необходимое для его удаления.

Для тенденции энергии ионизации в периодической таблице мы будем считать, что мы всегда имеем в виду первую энергию ионизации элементов. В общем, (первая) энергия ионизации увеличивается к верхнему правому углу периодической таблицы, причем гелий имеет самую высокую энергию ионизации. Прежде чем мы разделим тренд на его периоды и групповые тренды, давайте поговорим о главном факторе, способствующем этой тенденции: правиле октетов.

Правило октетов
Согласно правилу октета, атомы стремятся иметь полный набор из 8 валентных электронов. Это потому, что такая конфигурация обеспечивает наибольшую стабильность атома. Благородные газы группы 18 имеют октет электронов, что делает их химически инертными и нереактивными. Атомы благородных газов не вступают в реакцию с другими элементами, потому что они уже чрезвычайно стабильны благодаря имеющемуся у них октету электронов.

Как правило октетов связано с тенденцией энергий ионизации в периодической таблице? Поскольку атомы стремятся иметь октет, энергия ионизации каждого атома отличается в зависимости от того, сколько у них электронов. Давайте посмотрим на эту связь непосредственно с тенденцией периода энергии ионизации.

Периодическая тенденция
С течением времени энергии ионизации возрастают. Как упоминалось ранее, элементы стремятся иметь полные октеты валентных электронов. Поскольку элементы имеют последовательно больше электронов в течение периода, атомы становятся все ближе и ближе к своей цели. Таким образом, удаление электрона становится все труднее и труднее, а энергия ионизации увеличивается по мере приближения атомов к октету. Очень легко удалить электрон из атома, который находится очень далеко от октета.

Элемент группы 1, имеющий один валентный электрон, легко потеряет свой электрон, чтобы получить октет электронов. Таким образом, элементы группы 1 имеют очень низкие энергии ионизации. Для удаления электрона требуется очень мало энергии, потому что атом может быть более стабильным без него.

На противоположном конце спектра элементы группы 17 имеют очень высокие энергии ионизации. Это потому, что с 7 валентными электронами галогены хотят получить еще один электрон, чтобы сформировать октет. Потеря электрона отдаляет их от цели, и, следовательно, для удаления электрона требуется гораздо больше энергии.

Групповая тенденция
Вниз по группе энергии ионизации уменьшаются. Это связано с тем, что по мере продвижения по группе электроны располагаются на последовательно более высоких энергетических уровнях, все дальше от притяжения ядра. Кроме того, в группе между внешними валентными электронами и ядром больше электронов. Эти средние электроны помогают “защищать” внешние электроны от сил притяжения ядра. Следовательно, легче удалить электрон из нижней части группы.

{module id="96#Сохраните материал в вашей социальной сети, чтобы легко найти его:" showtitle="true"}

{module id="103#Ответы на домашние задания:" showtitle="true"}