Ionisaatioenergia
Ensimmäinen ionisaatioenergia on pienin energia, joka tarvitaan elektronin poistamiseen neutraalista kaasufaasin atomista niin kauas, ettei se enää ole sidottu. Se mittaa käytännössä sitä, kuinka lujasti helpoimmin irrotettava elektroni on atomissa.
Kaasufaasin määritelmä
Suure koskee eristettyä atomia. Kiteessä tai liuoksessa kokonaisenergiassa ovat mukana myös hilajärjestys, solvaatio ja sidokset, joten yksittäinen ionisaatioenergia ei ratkaise kokonaisen kemiallisen reaktion spontaaniutta.
Trendit jaksossa
Tehollinen ydinvaraus kasvaa ja säde yleensä pienenee oikealle mentäessä, joten valenssielektroni sitoutuu voimakkaammin. Ionisaatioenergia tavallisesti kasvaa, mutta alakuorien alku ja elektroniparien repulsio tuottavat paikallisia poikkeamia.
Trendit ryhmässä
Alaspäin mentäessä uusi pääkuori lisää etäisyyttä ja varjostusta. Siksi ensimmäinen ionisaatioenergia usein pienenee, vaikka raskaissa alkuaineissa relativistiset vaikutukset voivat muuttaa yksinkertaista järjestystä.
Peräkkäiset ionisaatiot
Toinen, kolmas ja myöhemmät ionisaatioenergiat kuuluvat jo positiivisille ioneille ja yleensä kasvavat. Suuri hyppy paljastaa usein, että valenssikuori on tyhjennetty ja seuraava elektroni pitäisi irrottaa sisäkuoresta.
Alakuorien poikkeamat
Ensimmäinen p-elektroni voi olla helpompi irrottaa kuin edellisen alkuaineen s²-elektroni, ja samassa p-orbitaalissa parittuvat elektronit hylkivät toisiaan. Nämä pienet poikkeamat kertovat orbitaalirakenteesta.
Metallisuus
Matala ionisaatioenergia helpottaa kationin muodostumista ja liittyy metalliseen käyttäytymiseen. Se ei kuitenkaan yksin riitä ennustamaan reaktiota, koska vastaanottajan elektroninen energia ja ympäristön stabilointi kuuluvat samaan energiataseeseen.
Spektroskopia
Fotoelektronispektroskopia mittaa elektronien sitoutumisenergioita ja paljastaa kuoret ja alakuoret suoraan kokeellisesti. Se osoittaa myös, ettei orbitaalien energia ole yksi muuttumaton taulukko kaikille ionisaatioasteille.
Kokonaiskuva
Ionisaatioenergia toimii parhaiten yhdessä elektronin affiniteetin, hilaja solvaatioenergioiden ja sidosenergioiden kanssa. Se on tärkeä termi täydellisessä energiasyklissä, ei koko sykli yksinään.
Peräkkäiset ionisaatiot paljastavat kuorirajan
Jos ensimmäiset kaksi elektronia irtoavat kohtuullisella energialla mutta kolmas vaatii äkillisesti paljon enemmän, mittaus kertoo suoraan elektronirakenteesta: kaksi valenssielektronia on poistettu ja seuraava on sisäkuoresta. Näin ionisaatioenergioiden sarja toimii kokeellisena tarkistuksena valenssimallille.
Miksi kolmas ionisaatioenergia voi hypätä paljon kahden ensimmäisen jälkeen?
Jos kaksi valenssielektronia on jo poistettu, kolmas voi olla sisäkuoresta, joka on lähempänä ydintä ja paljon voimakkaammin sidottu.
Harjoitus
Ratkaisu