Mendeleev

Energia de ionizare

Energia de ionizare este energia necesară pentru îndepărtarea unui electron dintr-un atom sau ion izolat în fază gazoasă. Este o energie măsurabilă, nu doar o săgeată periodică: sarcina nucleară efectivă, penetrarea, împerecherea și reorganizarea orbitalilor explică atât tendința generală, cât și abaterile importante.

Prima ionizare este un proces în fază gazoasă

Definiție

X(g) → X⁺(g) + e⁻ necesită energie. Condiția de gaz separă legarea atomică de efectele solventului, rețelei cristaline și legăturilor chimice.

X(g)+ energyX⁺(g)e⁻
Energia de ionizare

De-a lungul unei perioade legarea devine în general mai puternică

Tendința generală

Z crește, iar electronii de valență rămân în același înveliș principal. Ecranarea incompletă crește Zₑff și, în general, prima energie de ionizare.

Be și B

B se ionizează puțin mai ușor decât Be deoarece electronul îndepărtat 2p¹ are energie mai mare și penetrează mai puțin decât electronul 2s al Be.

N și O

O are o pereche într-un orbital 2p. Repulsia suplimentară din pereche face îndepărtarea puțin mai ușoară decât din configurația semiumplută 2p³ a N.

LiBeBCNOFNe
Energia de ionizare

Modificați valoarea — rezultatul se actualizează imediat.

În josul unei grupe electronul exterior este mai slab legat

Distanță și ecranare

Învelișurile principale noi măresc distanța și ecranarea, astfel că prima energie de ionizare scade de obicei în josul grupei.

Ionizările succesive dezvăluie structura de înveliș

Salturi mari

După fiecare îndepărtare rămâne un ion mai pozitiv și următorul electron este mai greu de extras. Un salt mare semnalează trecerea de la electronii de valență la un înveliș intern închis.

Exemplul Mg

IE₁ și IE₂ îndepărtează cei doi electroni 3s ai Mg; IE₃ ar scoate un electron din miezul de tip neon și este mult mai mare.

4s și 3d trebuie înțelese înainte de folosire

Ce înseamnă 4s și 3d

Numărul este n, litera este substratul. s conține un orbital și maximum 2 electroni; d conține cinci orbitali și maximum 10. Sunt etichete de stare cuantică, nu orbite planetare.

4s3dn=4, s subshelln=3, d subshell1 orbital → 2 e⁻5 orbitals → 10 e⁻
Energia de ionizare

K, Ca și Sc

După miezul [Ar], 4s gol este inițial puțin mai jos energetic decât 3d gol: K=[Ar]4s¹, Ca=[Ar]4s², Sc=[Ar]3d¹4s².

Abrevierea [Ar]

[Ar] reprezintă miezul complet al argonului 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

Ordinea energiilor se schimbă

Pe măsură ce 3d se ocupă, repulsia, ecranarea și contracția orbitalilor d schimbă energiile relative 3d/4s. Ordinea de umplere nu este o ordine rigidă de ionizare.

Fe → Fe²⁺ → Fe³⁺

Fe se scrie [Ar]3d⁶4s². La Fe²⁺ se îndepărtează mai întâi cei doi electroni 4s; Fe³⁺ pierde apoi un electron 3d.

Fe: [Ar] 3d⁶4s²Fe²⁺: [Ar] 3d⁶Fe³⁺: [Ar] 3d⁵remove occupied 4s first, then 3d
Energia de ionizare

Fiecare ion este un sistem nou

După îndepărtarea unui electron, orbitalii rămași se relaxează și își schimbă energia și distribuția radială. Următoarea ionizare trebuie analizată din structura reală a noului ion.

Stări de oxidare și date experimentale

Energia întregului proces

O energie de ionizare mare nu interzice o stare de oxidare: energia de rețea, formarea legăturilor și solvatarea pot compensa o parte din cost.

Date spectroscopice

Date spectroscopice

Energiile de ionizare sunt determinate experimental din spectre și măsurători de prag. O abatere de la tendința simplă este informație despre structura electronică.

Exerciții

Be sau B

Care are IE₁ mai mică?

Soluție

B, deoarece electronul 2p¹ îndepărtat are energie mai mare și penetrează mai puțin decât 2s la Be.

N sau O

De ce O are IE₁ puțin mai mică?

Soluție

O are un orbital 2p cu electroni împerecheați; repulsia din pereche ușurează îndepărtarea unuia.

Vanadiu

V=[Ar]3d³4s². Care este configurația V²⁺?

Soluție

Se îndepărtează mai întâi cei doi electroni 4s: V²⁺=[Ar]3d³.

Salt mare

Ce indică două energii mai mici urmate de una foarte mare?

Soluție

Doi electroni de valență relativ ușor de îndepărtat înaintea unui miez închis.