Energija ionizacije
Prva energija ionizacije energija je potrebna da se elektron ukloni iz izoliranog atoma u plinskoj fazi: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Proces zahtijeva energiju, pa je energija ionizacije pozitivna. To je precizno definirana veličina, a ne opći „otpor atoma reakciji“.
Trend preko periode
Preko periode nuklearni naboj raste, a valenčni elektroni ostaju u istoj glavnoj ljusci. Zasjenjenje unutar ljuske je nepotpuno, pa Z_eff obično raste, orbitale se skupljaju i uklanjanje elektrona traži više energije.
Trend nije savršeno gladak. Podljuskasta struktura i sparivanje stvaraju odstupanja koja nose informaciju o elektronskoj strukturi.
Zašto B ima nižu IE od Be
Berilij ima konfiguraciju 1s²2s², dok se iz bora uklanja elektron iz nove podljuske 2p. Elektron 2p je više energije i slabije penetrira od 2s, pa je bor unatoč većem Z nešto lakše ionizirati.
To je klasičan primjer da se trend ne može objasniti samo brojem protona. Treba uključiti vrstu orbitale, penetraciju i zasjenjenje.
Pretvori eV u kJ/mol
Zašto O ima nižu IE od N
Dušik ima polupopunjenu 2p³ s tri pojedinačno zauzete orbitale. U kisiku 2p⁴ jedna orbitala već sadrži par i dodatno odbijanje u paru olakšava uklanjanje jednog elektrona.
Prva energija ionizacije kisika zato je niža nego kod dušika, iako opći trend udesno raste. Hundovo pravilo i sparivanje objašnjavaju lokalni pad grafa.
Niz skupinu elektron je dalje
Dodavanje nove glavne ljuske povećava prosječnu udaljenost valenčnog elektrona od jezgre i zasjenjenje unutarnjim elektronima. Prva energija ionizacije zato obično pada niz skupinu.
Veći Z sam ne preokreće trend jer Coulombovo privlačenje snažno ovisi o udaljenosti, a nove ljuske zasjenjene su starijima.
Uzastopne energije ionizacije otkrivaju ljuske
Nakon prvog elektrona mogu se uklanjati sljedeći. Svaka sljedeća ionizacija obično je teža, a iznimno velik skok pojavljuje se nakon uklanjanja svih valenčnih elektrona, kada sljedeći elektron dolazi iz zatvorene unutarnje ljuske.
Kod elementa glavne skupine s jednim valenčnim elektronom IE₂ je mnogo veća od IE₁. Kod prijelaznih metala tumačenje je složenije jer su orbitale ns i (n−1)d bliske po energiji.
Riješeni primjeri
1. 5,00 eV po atomu
Rješenje
5,00 × 96,485 = 482,4 kJ/mol.
2. Be ili B?
Rješenje
B ima nižu prvu energiju ionizacije: uklanjani elektron 2p više je energije i slabije penetrira od elektrona 2s u Be.
3. N ili O?
Rješenje
O ima nižu IE₁ jer se u 2p⁴ pojavljuje elektronski par; uklanjanje jednog elektrona iz para smanjuje odbijanje.