Jonizacijos energija
Jonizacijos energija yra energija, reikalinga elektronui pašalinti iš izoliuoto dujinio atomo ar jono. Tai išmatuojama energija, o ne vien periodinės lentelės rodyklė: efektyvusis branduolio krūvis, prasiskverbimas, elektronų poravimasis ir orbitalių persitvarkymas paaiškina bendrą tendenciją ir svarbias išimtis.
Pirmoji jonizacija – dujų fazės procesas
Apibrėžimas
X(g) → X⁺(g) + e⁻ reikalauja energijos. Dujų fazės sąlyga atskiria atominį elektronų surišimą nuo tirpiklio, kristalo gardelės ir cheminių ryšių.
Per periodą surišimas paprastai stiprėja
Bendra tendencija
Didėjant Z tame pačiame pagrindiniame sluoksnyje ir esant nepilnam ekranavimui Zₑff didėja, todėl pirmoji jonizacijos energija dažniausiai auga.
Be ir B
B jonizuoti šiek tiek lengviau nei Be, nes šalinamas 2p¹ elektronas yra aukštesnės energijos ir prasiskverbia silpniau nei Be 2s elektronas.
N ir O
O vienoje 2p orbitalėje turi elektronų porą; papildoma poros stūma palengvina pašalinimą, todėl IE₁ kiek mažesnė nei N 2p³.
Pakeiskite reikšmę — rezultatas atnaujinamas iš karto.
Žemyn grupe išorinis elektronas silpniau surištas
Atstumas ir ekranavimas
Nauji pagrindiniai sluoksniai didina atstumą ir ekranavimą, todėl pirmoji jonizacijos energija paprastai mažėja žemyn grupe.
Nuoseklios jonizacijos atskleidžia sluoksnius
Dideli šuoliai
Po kiekvienos jonizacijos likęs jonas teigiamesnis, todėl kitas elektronas pašalinamas sunkiau. Didelis šuolis rodo perėjimą nuo valentinio sluoksnio prie uždaro vidinio sluoksnio.
Mg pavyzdys
IE₁ ir IE₂ pašalina du Mg 3s elektronus; IE₃ jau šalintų elektroną iš neono tipo branduolio ir todėl yra daug didesnė.
4s ir 3d reikia suprasti, o ne mechaniškai taikyti
Ką reiškia 4s ir 3d
Skaičius žymi pagrindinį sluoksnį n, raidė — posluoksnį. s turi 1 orbitalę ir telpa 2 elektronai; d turi 5 orbitales ir telpa 10. Tai kvantinių būsenų žymenys, ne planetinės orbitos.
K, Ca ir Sc
Po [Ar] tuščia 4s būsena iš pradžių yra šiek tiek žemesnės energijos už tuščias 3d: K=[Ar]4s¹, Ca=[Ar]4s², Sc=[Ar]3d¹4s².
[Ar] santrumpa
[Ar] reiškia užpildytą argono vidinę konfigūraciją 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.
Energijų tvarka keičiasi
Pildantis 3d elektronų stūma, ekranavimas ir d orbitalių susitraukimas pakeičia 3d ir 4s santykines energijas. Užpildymo seka nėra nekintama jonizacijos seka.
Fe → Fe²⁺ → Fe³⁺
Fe rašomas [Ar]3d⁶4s². Sudarant Fe²⁺ pirmiausia pašalinami du 4s elektronai; Fe³⁺ vėliau netenka vieno 3d elektrono.
Kiekvienas jonas – nauja sistema
Pašalinus elektroną likusios orbitalės relaksuoja ir pakeičia energijas bei radialinius pasiskirstymus. Kitas žingsnis turi būti aiškinamas pagal naujojo jono elektroninę struktūrą.
Oksidacijos laipsniai ir matavimai
Viso proceso energija
Didelė jonizacijos energija neuždraudžia oksidacijos laipsnio: gardelės energija, ryšių susidarymas ir solvatacija gali kompensuoti dalį sąnaudų.
Spektroskopiniai duomenys
Spektroskopiniai duomenys
Jonizacijos energijos nustatomos eksperimentiškai iš spektrų ir slenkstinių matavimų. Nuokrypis nuo paprastos tendencijos yra informacija apie elektroninę struktūrą.
Užduotys
Be ar B
Kurio IE₁ mažesnė?
Sprendimas
B, nes šalinamas 2p¹ elektronas yra aukštesnės energijos ir prasiskverbia silpniau nei Be 2s.
N ar O
Kodėl O IE₁ kiek mažesnė?
Sprendimas
O turi suporuotą 2p orbitalę; poros stūma palengvina vieno elektrono pašalinimą.
Vanadis
V=[Ar]3d³4s². Kokia V²⁺ konfigūracija?
Sprendimas
Pirmiausia pašalinami du 4s elektronai: V²⁺=[Ar]3d³.
Didelis šuolis
Ką rodo dvi mažesnės ir tada labai didelė jonizacijos energija?
Sprendimas
Du lengviau pašalinamus valentinius elektronus prieš uždarą vidinį sluoksnį.