Jonizācijas enerģija
Jonizācijas enerģija ir enerģija, kas vajadzīga elektrona noņemšanai no izolēta gāzveida atoma vai jona. Tā ir izmērāma enerģija, nevis tikai bulta periodiskajā tabulā: efektīvais kodola lādiņš, iespiešanās, elektronu pārošanās un orbitāļu pārkārtošanās kopā izskaidro vispārējo tendenci un svarīgās novirzes.
Pirmā jonizācija ir gāzes fāzes process
Definīcija
X(g) → X⁺(g) + e⁻ prasa enerģiju. Gāzes fāze atdala atomāro elektronu saistījumu no šķīdinātāja, kristālrežģa un ķīmisko saišu efektiem.
Pāri periodam saistījums parasti kļūst stiprāks
Vispārējā tendence
Z pieaug, kamēr valences elektroni paliek tajā pašā galvenajā čaulā. Nepilnīgas ekranēšanas dēļ Zₑff aug un pirmā jonizācijas enerģija parasti palielinās.
Be un B
B jonizēt ir nedaudz vieglāk nekā Be, jo noņemamais 2p¹ elektrons ir augstākas enerģijas un mazāk iespiežas nekā Be 2s elektrons.
N un O
O vienā 2p orbitālē ir elektronu pāris. Papildu atgrūšanās pārī nedaudz atvieglo elektrona noņemšanu salīdzinājumā ar N puspiepildīto 2p³.
Mainiet vērtību — rezultāts atjaunojas uzreiz.
Lejup pa grupu ārējais elektrons ir vājāk saistīts
Attālums un ekranēšana
Jaunas galvenās čaulas palielina attālumu un ekranēšanu, tāpēc pirmā jonizācijas enerģija parasti samazinās lejup pa grupu.
Secīgas jonizācijas atklāj čaulu struktūru
Lieli lēcieni
Pēc katras jonizācijas atlikušais jons ir pozitīvāks, tāpēc nākamais elektrons ir saistīts stiprāk. Liels lēciens norāda pāreju no valences čaulas uz slēgtu iekšējo čaulu.
Mg piemērs
IE₁ un IE₂ noņem divus Mg 3s elektronus; IE₃ jau noņemtu elektronu no neona tipa kodola un ir daudz lielāka.
4s un 3d jālasa pareizi
Ko nozīmē 4s un 3d
Skaitlis ir galvenais kvantu skaitlis n, burts apzīmē apakšlīmeni. s satur vienu orbitāli un līdz 2 elektroniem; d — piecas orbitāles un līdz 10. Tie ir kvantu stāvokļu apzīmējumi, nevis planētu orbītas.
K, Ca un Sc
Pēc [Ar] tukšā 4s sākotnēji ir nedaudz zemākas enerģijas nekā tukšās 3d: K=[Ar]4s¹, Ca=[Ar]4s², Sc=[Ar]3d¹4s².
[Ar] saīsinājums
[Ar] nozīmē aizpildīto argona iekšējo konfigurāciju 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.
Enerģiju secība mainās
Pildoties 3d, elektronu atgrūšanās, ekranēšana un d orbitāļu saraušanās maina 3d un 4s relatīvās enerģijas. Aizpildīšanas secība nav nemainīga jonizācijas secība.
Fe → Fe²⁺ → Fe³⁺
Fe raksta [Ar]3d⁶4s². Veidojot Fe²⁺, vispirms noņem abus 4s elektronus; Fe³⁺ pēc tam zaudē vienu 3d elektronu.
Katrs jons ir jauna sistēma
Pēc elektrona noņemšanas atlikušās orbitāles relaksē un maina enerģijas un radiālo sadalījumu. Nākamā jonizācija jāskaidro no jaunā jona faktiskās struktūras.
Oksidācijas pakāpes un mērījumi
Visa procesa enerģija
Liela jonizācijas enerģija neaizliedz oksidācijas pakāpi: režģa enerģija, saišu veidošanās un solvatācija var kompensēt daļu izmaksu.
Spektroskopiski dati
Spektroskopiski dati
Jonizācijas enerģijas nosaka eksperimentāli no spektriem un sliekšņa mērījumiem. Novirze no vienkāršas tendences ir informācija par elektronu struktūru.
Uzdevumi
Be vai B
Kuram ir mazāka IE₁?
Risinājums
B, jo noņemamais 2p¹ elektrons ir augstākas enerģijas un mazāk iespiežas nekā Be 2s.
N vai O
Kāpēc O IE₁ ir nedaudz mazāka?
Risinājums
O ir sapārota 2p orbitāle; pāra atgrūšanās atvieglo viena elektrona noņemšanu.
Vanādijs
V=[Ar]3d³4s². Kāda ir V²⁺ konfigurācija?
Risinājums
Vispirms noņem abus 4s elektronus: V²⁺=[Ar]3d³.
Liels lēciens
Ko nozīmē divas zemākas un tad ļoti liela jonizācijas enerģija?
Risinājums
Divi vieglāk noņemami valences elektroni pirms slēgtas iekšējās čaulas.