Tenaga pengionan

Takrif dan pengukuran

Proses X(g)→X⁺(g)+e⁻ memerlukan tenaga, maka tenaga pengionan dinyatakan positif. Eksperimen spektroskopi mengenal pasti tenaga ambang apabila elektron mula terlepas.

Pengionan pertama dan seterusnya

IE₁ menanggalkan elektron daripada atom neutral, IE₂ daripada kation +1 dan seterusnya. Setiap langkah bermula daripada spesies yang berbeza, jadi nilainya lazimnya meningkat.

Mengapa fasa gas

Fasa gas mengasingkan sifat atom daripada tenaga kisi dan pelarutan. Dalam pepejal atau larutan, proses tambahan akan bercampur dengan kos menanggalkan elektron.

Trend berkala umum

Secara umum IE₁ meningkat merentas kala dan menurun apabila turun kumpulan akibat perubahan Z_eff, perisaian dan jarak.

Merentas kala

Z_eff biasanya meningkat sementara elektron valens kekal dalam kulit utama sama, maka elektron semakin sukar ditanggalkan.

Menuruni kumpulan

n, jarak dan perisaian bertambah. Elektron luar lebih longgar terikat walaupun nukleus mempunyai lebih banyak proton.

Pengecualian yang bermakna

Lengkung tidak licin kerana tenaga subkulit dan tolakan pasangan elektron boleh mengatasi trend umum secara setempat.

Be berbanding B

Dalam B, elektron luar berada pada 2p yang lebih tinggi tenaga dan kurang menembusi berbanding 2s penuh dalam Be, jadi IE₁ B boleh lebih rendah.

N berbanding O

N mempunyai 2p³ separuh penuh; O mula memasangkan elektron dalam satu orbital p. Tolakan dalam pasangan menjadikan penyingkiran daripada O sedikit lebih mudah.

Tenaga pengionan berturutan

Lonjakan besar dalam siri menunjukkan bahawa elektron seterusnya datang daripada kulit teras yang lebih dekat dan kurang terlindung.

Lonjakan selepas valens

Bagi unsur kumpulan 2, IE₁ dan IE₂ menanggalkan dua elektron valens; IE₃ melonjak kerana ion sudah mempunyai teras seperti gas adi.

Membaca siri nilai

Cari perubahan skala yang besar, bukan hanya satu nombor. Lokasi lonjakan memberi petunjuk kepada bilangan elektron valens bagi unsur kumpulan utama.

Logam peralihan dan 4s/3d

Urutan pengisian atom neutral tidak semestinya urutan elektron keluar daripada kation kerana tenaga orbital berubah dengan penghunian dan cas.

K → Ca → Sc

K dan Ca mengisi 4s sebelum 3d; Sc mula mengisi 3d. Kedekatan tenaga 4s dan 3d menjadikan susunannya sensitif terhadap konfigurasi.

Mengapa 4s keluar dahulu

Selepas 3d mula berisi dan atom diionkan, 3d mengecut dan menjadi lebih kuat terikat manakala 4s lebih luar. Oleh itu elektron 4s biasanya ditanggalkan dahulu.

Fe → Fe²⁺ → Fe³⁺

Fe neutral ditulis [Ar]3d⁶4s². Fe²⁺ terbentuk dengan menanggalkan dua elektron 4s, menghasilkan kira-kira [Ar]3d⁶; Fe³⁺ kemudian menjadi [Ar]3d⁵ yang separuh penuh.

Makna kimia

Tenaga pengionan membantu menerangkan pembentukan kation tetapi tidak sendirian menentukan kereaktifan atau keadaan pengoksidaan.

Logam alkali

IE₁ yang rendah menjadikan kehilangan elektron ns¹ relatif mudah apabila tenaga kisi atau hidrasi membayar kos tersebut, sebab itu keadaan +1 sangat biasa.

Bukan keelektronegatifan

Tenaga pengionan ialah tenaga eksperimen untuk menanggalkan elektron daripada spesies gas; keelektronegatifan ialah skala tarikan ketumpatan elektron dalam ikatan.

Unit dan tafsiran

Nilai biasanya diberikan dalam kJ mol⁻¹ atau eV per zarah. Penukaran unit menghubungkan skala atom dengan tenaga kimia molar.

eV kepada kJ mol⁻¹

1 eV per zarah ≈96.5 kJ mol⁻¹. Perbandingan mesti menggunakan langkah pengionan yang sama, contohnya IE₁ dengan IE₁.

Relaksasi selepas pengionan

Apabila elektron keluar, elektron yang tinggal menyusun semula ketumpatan mereka. Maka tenaga pengionan ialah beza tenaga dua keadaan berbilang elektron, bukan sekadar "tenaga orbital" beku.

Latihan berjawab

Mg

Mengapa terdapat lonjakan besar antara IE₂ dan IE₃ magnesium?

Be dan B

Yang manakah boleh mempunyai IE₁ lebih rendah, Be atau B?

Fe²⁺

Elektron daripada orbital manakah ditanggalkan dahulu untuk membentuk Fe²⁺?

Unit

Anggarkan 7.0 eV per atom dalam kJ mol⁻¹.