Ioniséierungsenergie
D’Ioniséierungsenergie ass d’Energie, déi gebraucht gëtt fir eng Elektron aus enger isoléierter gasfërmeger Spezies ewechzehuelen. Si weist direkt, wéi staark Elektrone gebonne sinn; de periodeschen Trend gëtt awer eréischt kloer, wann effektiv Kärladung, Ofschiermung, Orbitalenergie an Elektronepaarbildung zesumme betruecht ginn.
Déi éischt Ioniséierungsenergie bezitt sech op e gasfërmegt Atom
Déi éischt Ioniséierung gëtt als X(g) → X⁺(g) + e⁻ geschriwwen. Si ass endotherm: Energie muss zougefouert ginn, fir déi am schwaachste gebonnen Elektron aus engem neutralen Atom am Grondzoustand ze trennen. Wäerter ginn dacks a kJ mol⁻¹ oder eV pro Partikel uginn.
D’Gasphase ass wichteg. Eng Elektron aus Natriummetall, NaCl oder enger opgeléister Spezies ze huelen enthält zousätzlech Gitter-, Bindungs- oder Solvatiounsenergie. Déi atomar Ioniséierungsenergie isoléiert dogéint d’elektronesch Bindung vum Atom selwer.
An enger Period ginn d’Elektronen am Allgemenge méi staark gebonnen
An enger Haaptgrupp-Period klëmmt d’Kärladung, wärend déi zousätzlech Valenzelektronen an déi selwecht Haaptschuel kommen. D’Ofschiermung an där Schuel ass onvollstänneg; d’effektiv Kärladung klëmmt an d’Valenzorbitaler zéien sech zesummen. Eng Elektron ewechzehuelen erfuerdert dofir am Allgemenge méi Energie vu lénks no riets.
Bor a Sauerstoff weisen, firwat Orbitaldetailer wichteg sinn
Be → B
Be endet op 2s², wärend B op 2s²2p¹ endet. D’2p-Elektron läit méi héich an der Energie a penetréiert manner staark wéi 2s; dofir ass se trotz der méi grousser Kärladung méi einfach ewechzehuelen.
N → O
N huet dräi eenzel besate 2p-Orbitaler. Bei O zwéngt déi véiert 2p-Elektron zu engem Paar; déi zousätzlech Elektron–Elektron-Ofstoussung mécht d’Ewechhuele liicht méi einfach.
De Verlaf ass net perfekt glat. Bor ass méi liicht ze ioniséiere wéi Beryllium, well bei B eng méi héichenergetesch 2p-Elektron ewechgeholl gëtt an net eng 2s-Elektron. Sauerstoff ass méi liicht ze ioniséiere wéi Stickstoff, well O schonn e gepaart Elektronepaar an engem 2p-Orbital huet, wärend N déi hallfgefëllten 2p³-Verdeelung mat dräi eenzele Elektronen huet.
No ënnen an enger Grupp ass d’Valenzelektron méi wäit ewech a méi staark ofgeschiermt
No ënnen an enger Grupp besetzt d’Valenzelektron eng méi grouss Haaptschuel, an méi Kärelektrone leien tëscht hir an dem Kär. Méi grouss Distanz an Ofschiermung iwwerweien normalerweis déi méi grouss Kärladung; d’éischt Ioniséierungsenergie fält dofir no ënnen an enger Grupp.
D’Alkalimetaller weisen dat kloer: Li, Na, K, Rb an Cs verléieren all eng baussenzeg ns¹-Elektron. D’Valenzmuster bleift, mee d’Orbital gëtt méi grouss an den Edelgaskär schiermt ëmmer méi staark of.
Successiv Ioniséierungsenergie weisen d’Schuelestruktur
No der éischter Ioniséierung ass d’Spezies positiv, an déi verbleiwend Elektrone si meeschtens méi staark gebonnen. Dofir ass IE₂ > IE₁, IE₃ > IE₂, an esou weider. Besonnesch informativ ass e grousse Sprong an der Serie.
Magnesium huet zwou 3s-Valenzelektronen. IE₁ an IE₂ huelen dës zwou Elektronen ewech; IE₃ misst eng Elektron aus dem kompakte neonänleche Kär huelen an ass drastesch méi grouss. E Sprong no der zweeter Ioniséierung weist also op zwou relativ liicht ewechzehuelend Elektronen ausserhalb vun enger zouener Schuel.
grousse Sprong: elo kënnt de Kär
Ioniséierungsenergie a Photoelektronenspektroskopie beschreiwen zesummenhängend Physik
Bei der Photoelektronespektroskopie stoussen Photone mat bekannter Energie Elektronen eraus, an hir kinetesch Energie gëtt gemooss. Mat der Energieerhaltung kritt een d’Bindungsenergie. Déi éischt Ioniséierungsenergie entsprécht der Schwelle vum am schwaachste gebonnen besate Niveau; dat vollt Spektrum weist och méi déif Schuelen.
Ioniséierungsenergie ass net dat selwecht wéi Elektronegativitéit
Ioniséierungsenergie ass eng Gasphase-Energie fir eng Elektron ze entfernen. Elektronegativitéit beschreift d’Unzéiung vun engem gebonnenen Atom op Elektronendicht a gëtt iwwer eng definéiert Skala beschriwwen. Béid weisen dacks änlech Trends, well d’Elektronestruktur béid beaflosst, mee si sinn net austauschbar.
Ioniséierungsenergie huet eng direkt spektroskopesch Energieskala
D’Ëmrechnung 1 eV pro Partikel ≈ 96,485 kJ mol⁻¹ verbënnt spektroskopesch a chemesch Energieskalen. Well E = hν = hc/λ, bedeit eng méi héich Ioniséierungsenergie eng méi héich Schwellefrequenz an eng méi kuerz Schwellewellelängt.
Wat 4s an 3d bedeiten, ier mir se benotzen
D’Zuel: 3 oder 4
D’Zuel ass d’Haaptquantenzuel n. Eng 4s-Elektron gehéiert zu n = 4, eng 3d-Elektron zu n = 3. Méi héicht n bedeit dacks eng méi ausgedeent Verdeelung, mee an engem Méi-Elektronen-Atom gëtt d’Energie net nëmme vun n bestëmmt.
De Buschtaf: s oder d
De Buschtaf bezeechent d’Ënnerschuel. Eng s-Ënnerschuel huet een Orbital a Plaz fir 2 Elektronen; eng d-Ënnerschuel huet fënnef Orbitaler a Plaz fir 10. D’Buschtawen entspriechen ënnerschiddleche Dréimomentzoustände a Raumverdeelungen.
Firwat 4s virun 3d gefëllt gëtt
Beim Opbau vu K a Ca aus dem [Ar]-Kär ass den disponibele 4s-Zoustand ënner dëse Bedéngungen liicht méi niddreg an der Energie wéi déi eidel 3d-Zoustänn: K: [Ar] 4s¹, Ca: [Ar] 4s². Bei Sc fänkt 3d un: [Ar] 3d¹4s². [Ar] ass d’Ofkierzung fir de geschlossene Argon-Kär.
D’Energieuerdnung ännert sech, wann 3d gefëllt gëtt
E einfach Fëllschema ass keng permanent Energieleeder. Soubal 3d besat gëtt, änneren Elektron–Elektron-Ofstoussung, Ofschiermung an Orbital-Kontraktioun déi relativ Energien. “4s gëtt virun 3d gefëllt” an “4s gëtt virun 3d ioniséiert” bezéien sech also op verschidden elektronesch Situatiounen.
Verbindung mat der Ioniséierungsenergie
Successiv Ioniséierungsenergien däerfen net prognostizéiert ginn, andeems een einfach dat lescht geschriwwent Symbol läscht. No all Ewechhuele veränneren déi verbleiwend Orbitaler hir Energie a Raumverdeelung; déi nächst Ioniséierung start vun engem neien Ion mat enger neier Elektronenstruktur.
Übung: Vanadium
Neutralt Vanadium gëtt [Ar] 3d³4s² geschriwwen. Wéi eng Konfiguratioun erwaart een fir V²⁺?
Léisung
Déi zwou 4s-Elektrone ginn als éischt ewechgeholl. Also V²⁺: [Ar] 3d³. D’Tatsaach, datt 4s virum 3d gefëllt gouf, bedeit net datt 3d als éischt ioniséiert gëtt.
Ioniséierungsenergie begrenzt, mee diktéiert net, déi heefeg Oxidatiounszoustänn
E grousse Sprong an successiven Ioniséierungen kann eng zoue Schuel weisen, awer en decidéiert net eleng, wéi eng Oxidatiounszoustänn a Verbindunge stabil sinn. Bindungsenergie, Gitterenergie, Solvatioun an d’Energie vun der ganzer Reaktioun kënnen en Deel vun de Käschte vun der Ioniséierung kompenséieren.
Gemoosse Wäerter si spektroskopesch Daten, keng ugepasst Trendpfeiler
Ioniséierungsenergie ginn experimentell aus Atomspektren a Schwellemoossunge bestëmmt. De periodeschen Trend ass e Muster aus dësen Donnéeën. Wann e Wäert ofwäicht, brauch d’Elektronenstruktur eng besser Erklärung; d’Moossung gëtt net ignoréiert.
D’Vergläicher Be/B an N/O si wichteg, well si de Modell zwéngen, Ënnerschuelenergie an Elektronepaarung mat anzebezéien amplaz d’Period op een diagonale Pfeil ze reduzéieren.
Übungen
Be or B?
Firwat ass IE₁(B) méi kleng wéi IE₁(Be), obwuel B méi riets steet?
Léisung
Bei B gëtt eng 2p-Elektron ewechgeholl. Si ass méi héichenergetesch a penetréiert manner wéi d’2s-Elektron, déi bei Be ewechgeholl gëtt. De Wiessel vun der Ënnerschuel iwwerweegt lokal d’Erhéijung vun Zₑff.
N oder O?
Firwat ass déi éischt Ioniséierungsenergie vun O liicht méi niddreg wéi déi vun N, obwuel O déi méi grouss Kärladung huet?
Léisung
O huet een gepaart 2p-Orbital. D’Ofstoussung am Paar mécht eng Elektron méi einfach ewechzehuelen wéi aus der hallfgefëllter 2p³-Konfiguratioun vum N.
Successiv Energien
En Element weist e ganz grousse Sprong tëscht der zweeter an drëtter Ioniséierungsenergie. Wat seet dat iwwer seng Valenzschuel?
Léisung
Dat weist op zwee relativ liicht accessibel Valenzelektronen. Déi drëtt Ewechhuelung géif an eng vill méi staark gebonne bannenzeg Schuel agoen.