Ionizačná energia
Prvá ionizačná energia je energia potrebná na odstránenie elektrónu z izolovaného atómu v plynnej fáze: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Proces energiu vyžaduje, preto je ionizačná energia kladná. Ide o presne definovanú veličinu, nie všeobecný „odpor atómu voči reakcii“.
Trend naprieč periódou
Naprieč periódou rastie jadrový náboj a valenčné elektróny zostávajú v tej istej hlavnej vrstve. Tienenie vnútri vrstvy je neúplné, takže Z_eff obyčajne rastie, orbitály sa sťahujú a odstránenie elektrónu vyžaduje viac energie.
Trend nie je dokonale hladký. Podvrstvová štruktúra a párovanie vytvárajú odchýlky, ktoré nesú informáciu o elektrónovej štruktúre.
Prečo má B nižšiu IE než Be
Berýlium má konfiguráciu 1s²2s², zatiaľ čo v bóre odstraňujeme elektrón z novej podvrstvy 2p. Elektrón 2p leží vyššie a menej preniká než 2s, takže napriek vyššiemu Z je bór o niečo ľahšie ionizovať.
Je to klasický príklad, že trend nemožno vysvetliť iba počtom protónov. Treba zahrnúť druh orbitálu, penetráciu a tienenie.
Preveďte eV na kJ/mol
Prečo má O nižšiu IE než N
Dusík má polozaplnené 2p³ s tromi jednotlivo obsadenými orbitálmi. V kyslíku 2p⁴ je jeden orbitál už párový a dodatočné odpudzovanie v páre uľahčí odstránenie jedného elektrónu.
Prvá ionizačná energia kyslíka je preto nižšia než pri dusíku, hoci všeobecný trend doprava rastie. Hundovo pravidlo a párovanie vysvetľujú miestny pokles grafu.
Nadol v skupine je elektrón ďalej
Pridanie novej hlavnej vrstvy zväčší priemernú vzdialenosť valenčného elektrónu od jadra a tienenie vnútornými elektrónmi. Prvá ionizačná energia preto obyčajne klesá nadol v skupine.
Vyššie Z samo tento trend neobráti, pretože Coulombova príťažlivosť silno závisí od vzdialenosti a nové vrstvy sú tienené staršími.
Postupné ionizačné energie odhaľujú vrstvy
Po prvom elektróne možno odstraňovať ďalšie. Každá nasledujúca ionizácia je obyčajne náročnejšia a mimoriadne veľký skok nastane po odobratí všetkých valenčných elektrónov, keď ďalší elektrón pochádza z uzavretej vnútornej vrstvy.
Pri prvku hlavnej skupiny s jedným valenčným elektrónom je IE₂ oveľa väčšia než IE₁. Pri prechodných kovoch je výklad jemnejší, pretože orbitály ns a (n−1)d ležia energeticky blízko.
Vyriešené príklady
1. 5,00 eV na atóm
Riešenie
5,00 × 96,485 = 482,4 kJ/mol.
2. Be alebo B?
Riešenie
B má nižšiu prvú ionizačnú energiu: odoberaný elektrón 2p leží vyššie a menej preniká než elektrón 2s v Be.
3. N alebo O?
Riešenie
O má nižšiu IE₁, pretože v 2p⁴ vzniká elektrónový pár; odobratie jedného z páru zníži odpudzovanie.