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.
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.
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.
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.
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.