Ionizacijska energija
Prva ionizacijska energija je energija, potrebna za odstranitev elektrona iz izoliranega atoma v plinski fazi: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Proces energijo zahteva, zato je ionizacijska energija pozitivna. Gre za natančno definirano količino, ne za splošen „odpor atoma proti reakciji“.
Trend po periodi
Po periodi narašča jedrski naboj, valenčni elektroni pa ostajajo v isti glavni lupini. Zasenčenje znotraj lupine je nepopolno, zato Z_eff navadno narašča, orbitale se skrčijo in odstranitev elektrona zahteva več energije.
Trend ni popolnoma gladek. Podlupinska zgradba in parjenje ustvarjata odstopanja, ki vsebujejo informacije o elektronski strukturi.
Zakaj ima B nižjo IE kot Be
Berilij ima konfiguracijo 1s²2s², pri boru pa odstranjujemo elektron iz nove podlupine 2p. Elektron 2p je višjeenergijski in manj prodoren kot 2s, zato je bor kljub večjemu Z nekoliko laže ionizirati.
To je klasičen primer, da trenda ne moremo razložiti samo s številom protonov. Upoštevati moramo vrsto orbitale, penetracijo in zasenčenje.
Pretvori eV v kJ/mol
Zakaj ima O nižjo IE kot N
Dušik ima polzapolnjeno 2p³ s tremi posamično zasedenimi orbitalami. V kisiku 2p⁴ je ena orbitala že parjena in dodatni odboj v paru olajša odstranitev enega elektrona.
Prva ionizacijska energija kisika je zato nižja kot pri dušiku, čeprav splošni trend v desno narašča. Hundovo pravilo in parjenje razložita lokalni padec grafa.
Navzdol po skupini je elektron dlje
Dodajanje nove glavne lupine poveča povprečno razdaljo valenčnega elektrona od jedra in zasenčenje z notranjimi elektroni. Prva ionizacijska energija zato navadno pada navzdol po skupini.
Večji Z sam tega trenda ne obrne, ker je Coulombova privlačnost močno odvisna od razdalje, nove lupine pa so zasenčene s starejšimi.
Zaporedne ionizacijske energije razkrijejo lupine
Po prvem elektronu lahko odstranjujemo naslednje. Vsaka naslednja ionizacija je navadno zahtevnejša, izjemno velik skok pa se pojavi po odstranitvi vseh valenčnih elektronov, ko mora naslednji elektron iz zaprte notranje lupine.
Pri elementu glavne skupine z enim valenčnim elektronom je IE₂ mnogo večja od IE₁. Pri prehodnih kovinah je razlaga bolj prefinjena, ker sta orbitali ns in (n−1)d energijsko blizu.
Rešeni primeri
1. 5,00 eV na atom
Rešitev
5,00 × 96,485 = 482,4 kJ/mol.
2. Be ali B?
Rešitev
B ima nižjo prvo ionizacijsko energijo: odstranjeni elektron 2p je energijsko više in manj prodoren kot elektron 2s v Be.
3. N ali O?
Rešitev
O ima nižjo IE₁, ker se v 2p⁴ pojavi elektronski par; odstranitev enega elektrona iz para zmanjša odboj.