Ionizační energie
První ionizační energie je energie potřebná k odstranění elektronu z izolovaného atomu v plynné fázi: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Proces energii vyžaduje, proto je ionizační energie kladná. Jde o přesně definovanou veličinu, nikoli obecný „odpor atomu k reakci“.
Trend napříč periodou
Napříč periodou roste jaderný náboj a valenční elektrony zůstávají ve stejné hlavní slupce. Stínění uvnitř slupky je neúplné, takže Z_eff obvykle roste, orbitaly se stahují a odstranění elektronu vyžaduje více energie.
Trend není dokonale hladký. Podslupková struktura a párování vytvářejí odchylky, které nesou informaci o elektronové struktuře.
Proč má B nižší IE než Be
Beryllium má konfiguraci 1s²2s², zatímco v boru odstraňujeme elektron z nové podslupky 2p. Elektron 2p leží výše a méně proniká než 2s, takže navzdory vyššímu Z je bor o něco snazší ionizovat.
Je to klasický příklad, že trend nelze vysvětlit pouze počtem protonů. Je nutné zahrnout druh orbitalu, penetraci a stínění.
Převeďte eV na kJ/mol
Proč má O nižší IE než N
Dusík má polozaplněné 2p³ se třemi jednotlivě obsazenými orbitaly. V kyslíku 2p⁴ je jeden orbital už párový a dodatečné odpuzování v páru usnadní odstranění jednoho elektronu.
První ionizační energie kyslíku je proto nižší než u dusíku, i když obecný trend doprava roste. Hundovo pravidlo a párování vysvětlují místní pokles grafu.
Dolů skupinou je elektron dál
Přidání nové hlavní slupky zvětší průměrnou vzdálenost valenčního elektronu od jádra a stínění vnitřními elektrony. První ionizační energie proto obvykle klesá dolů skupinou.
Vyšší Z samo tento trend neobrátí, protože Coulombova přitažlivost silně závisí na vzdálenosti a nové slupky jsou odstíněny staršími.
Postupné ionizační energie odhalují slupky
Po prvním elektronu lze odstraňovat další. Každá následující ionizace je obvykle náročnější a mimořádně velký skok nastane po odebrání všech valenčních elektronů, když další elektron pochází z uzavřené vnitřní slupky.
U prvku hlavní skupiny s jedním valenčním elektronem je IE₂ mnohem větší než IE₁. U přechodných kovů je výklad jemnější, protože orbitaly ns a (n−1)d leží energeticky blízko.
Řešené příklady
1. 5,00 eV na atom
Řešení
5,00 × 96,485 = 482,4 kJ/mol.
2. Be nebo B?
Řešení
B má nižší první ionizační energii: odebíraný elektron 2p leží výše a méně proniká než elektron 2s v Be.
3. N nebo O?
Řešení
O má nižší IE₁, protože v 2p⁴ vzniká elektronový pár; odebrání jednoho z páru sníží odpuzování.