Mini-kurzus
Ionizációs energia
Az ionizációs energia az az energia, amely egy izolált gázfázisú atom vagy ion elektronjának eltávolításához szükséges. Valódi mérhető energia, nem pusztán periódusos nyíl: az effektív magtöltés, a penetráció, a párosítás és a pályák átrendeződése együtt magyarázza a fő tendenciát és a lényeges eltéréseket.
Az első ionizáció gázfázisú folyamat
Definíció
X(g) → X⁺(g) + e⁻ energiát igényel. A gázfázis kizárja az oldószer, a kristályrács és a kémiai kötések energiáját.
Perióduson belül általában erősödik a kötés
Fő tendencia
A magtöltés nő, miközben a vegyértékelektronok azonos főhéjban maradnak. A nem teljes árnyékolás miatt Zₑff nő, így az első ionizáció rendszerint nehezebbé válik.
Be és B
B első ionizációja kissé könnyebb, mert a 2p¹ elektron magasabb energiájú és kevésbé penetráló, mint Be 2s elektronja.
N és O
O egyik 2p pályáján már elektronpár van; a páron belüli taszítás kissé megkönnyíti az elektron eltávolítását a félig telt N 2p³ állapothoz képest.
Módosítsa az értéket — az eredmény azonnal frissül.
Csoportban lefelé gyengébb a külső kötés
Távolság és árnyékolás
Az új főhéjak távolabb helyezik a vegyértékelektront és további erős árnyékolást adnak, ezért az első ionizációs energia általában csökken lefelé.
Az egymást követő ionizációk héjszerkezetet mutatnak
Nagy ugrások
Minden eltávolítás után pozitívabb ion marad, így a következő ionizáció drágább. Nagy ugrás arra utal, hogy a következő elektron már zárt belső héjból származna.
Mg példa
Mg két 3s vegyértékelektront veszít IE₁ és IE₂ során; IE₃ már a neonszerű magból távolítana el elektront, ezért sokkal nagyobb.
A 4s és 3d jelölést helyesen kell olvasni
Mit jelent 4s és 3d?
A szám a főkvantumszám, a betű az alhéj. s egy pálya, legfeljebb 2 elektronnal; d öt pálya, legfeljebb 10 elektronnal. Ezek kvantumállapot-címkék, nem bolygópályák.
K, Ca és Sc
Az [Ar] mag után az üres 4s kezdetben kissé alacsonyabb energiájú az üres 3d-nél: K=[Ar]4s¹, Ca=[Ar]4s², Sc=[Ar]3d¹4s².
[Ar] rövidítés
[Ar] a teljes argonmagot jelenti: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶. Így a változó külső elektronokra lehet figyelni.
Az energiasorrend változik
A 3d feltöltődésekor a taszítás, árnyékolás és pályaösszehúzódás módosítja a 3d és 4s relatív energiáját. A feltöltési sorrend nem merev ionizációs sorrend.
Fe → Fe²⁺ → Fe³⁺
Semleges Fe: [Ar]3d⁶4s². Fe²⁺ képződésekor először a két 4s elektron távozik; Fe³⁺ ezután egy 3d elektront veszít.
Minden ion új rendszer
Elektron eltávolítása után a megmaradó pályák relaxálnak, energiájuk és térbeli eloszlásuk változik. A következő ionizációt az új ion tényleges szerkezetéből kell kiindítani.
Oxidációs állapotok és mérési adatok
A teljes reakció energiája
Nagy ionizációs energia nem tilt egy oxidációs állapotot: rácsenergia, kötéserő és szolvatáció részben visszafizetheti a költséget.
Spektroszkópiai adat
Spektroszkópiai adat
Az ionizációs energiákat kísérletileg spektrumok és küszöbmérések adják. Egy eltérés a sima trendtől elektronikai információ, nem „hiba”.
Feladatok
Be vagy B
Melyiknek kisebb az első ionizációs energiája?
Megoldás
B-nek, mert a 2p¹ elektron magasabb energiájú és kevésbé penetráló, mint Be 2s elektronja.
N vagy O
Miért kisebb kissé O IE₁-je?
Megoldás
O egyik 2p pályáján elektronpár van, és a páron belüli taszítás megkönnyíti az eltávolítást.
Vanádium
V=[Ar]3d³4s². Mi V²⁺ várható konfigurációja?
Megoldás
Először a két 4s elektron távozik: V²⁺=[Ar]3d³.
Nagy ugrás
Mit jelez a két alacsony, majd egy nagyon magas ionizációs energia?
Megoldás
Két könnyen eltávolítható vegyértékelektront egy zárt belső héj előtt.