พลังงานไอออไนเซชัน

พลังงานไอออไนเซชันคือพลังงานต่ำสุดที่ต้องใช้ดึง อิเล็กตรอน ออกจาก อะตอม หรือ ไอออน ที่แยกตัวใน เฟสแก๊ส พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่หนึ่งสะท้อนการยึด วาเลนซ์อิเล็กตรอน ส่วน พลังงานไอออไนเซชันต่อเนื่อง เปิดเผย โครงสร้างเปลือก และ นับวาเลนซ์

นิยามและเงื่อนไข

ไอออไนซ์ครั้งแรก เขียน M(g)→M⁺(g)+e⁻ การระบุ เฟสแก๊ส สำคัญเพื่อแยกผลของ ขัดแตะ, การแก้ปัญหา และ พันธะ ออกจาก พลังงานปรมาณูภายใน

หน่วยอาจเป็น eV ต่อ อะตอม หรือ kJ mol⁻¹ และไม่ควรสับสนกับ ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน เพราะ เริ่มต้น/รัฐเรียกเก็บเงินครั้งสุดท้าย ต่างกัน

แนวโน้มเป็นระยะ

ข้าม ระยะเวลา ค่า Z_เอฟเฟค เพิ่มและ รัศมี ลดจึงทำให้ พลังงานไอออไนเซชัน เพิ่มโดยรวม ลง กลุ่ม ค่า n, ระยะทาง และ ป้องกัน เพิ่มจึงทำให้ IE ลดโดยทั่วไป

แต่ แนวโน้ม ไม่เรียบสนิทเพราะ พลังงานใต้เปลือก และ การจับคู่อิเล็กตรอน สร้าง ข้อยกเว้น ที่มีความหมายทางฟิสิกส์

ข้อยกเว้นย่อย

B มี อิเล็กตรอน ที่ถูกดึงจาก 2p ซึ่งพลังงานสูงกว่า 2s ของ Be จึงทำให้ IE(B)<IE(Be) ได้

O มี อิเล็กตรอนคู่ ใน 2p ทำให้ การขับไล่ ช่วยการดึงออกเมื่อเทียบกับ N ที่มี เติมไปครึ่งหนึ่ง 2p³ จึง IE(O)<IE(N) โดยทั่วไป

พลังงานไอออไนเซชันต่อเนื่อง

IE₂, IE₃ และค่าถัดไปเพิ่มขึ้นเพราะดึง อิเล็กตรอน จาก ไอออน ที่ บวก มากขึ้น เมื่อ เวเลนซ์อิเล็กตรอน หมดและเริ่มดึง แกนอิเล็กตรอน จะเห็น กระโดด ใหญ่

กระโดด นี้ช่วยบอกจำนวน เวเลนซ์อิเล็กตรอน ใน อะตอมของกลุ่มหลัก แต่ โลหะทรานซิชัน มี การจัดเรียงการกำหนดค่าใหม่ ซับซ้อนกว่า

ความหมายทางเคมี

IE ต่ำช่วยให้ การสูญเสียอิเล็กตรอน และ การก่อตัวของไอออนบวกที่ดี ขึ้น แต่ ปฏิกิริยา จริงยังมี ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน, พลังงานพันธะ, พลังงานขัดแตะ และ พลังงานแห่งการละลาย ร่วมด้วย

ดังนั้น IE ของ อะตอมที่แยกได้ เป็นองค์ประกอบหนึ่งใน วงจรอุณหเคมี ไม่ใช่เลข ปฏิกิริยา ที่อธิบายทุก ปฏิกิริยา

โฟโตไรเซชัน

ถ้า โฟตอนไอออไนซ์อะตอม พลังงาน เชื่อฟัง hν=IE+K_e โดยละเลย หดตัว เล็กน้อย ที่ พลังงานจลน์ที่เป็นเกณฑ์ ใกล้ศูนย์ และเมื่อ พลังงานโฟตอน เพิ่มส่วนเกินไปเป็น พลังงานจลน์ ของ อิเล็กตรอน

โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี ใช้หลักนี้วัด พลังงานจลน์ แล้วคำนวณ พลังงานที่มีผลผูกพัน ของ รัฐที่ถูกครอบครอง จึงเชื่อม พลังงานไอออไนเซชัน กับข้อมูล โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ โดยตรง

หน่วยและการเปรียบเทียบ

1 eV ต่อ อนุภาค เท่ากับประมาณ 96.485 kJ mol⁻¹ การแปลงหน่วยนี้ช่วยเปรียบเทียบข้อมูล สเปกโทรสโกปีของอะตอม กับ อุณหเคมี

เมื่อเปรียบเทียบตารางต้องตรวจว่าเป็น ก่อน, ประการที่สอง หรือ พลังงานไอออไนเซชันที่สูงขึ้น เพราะแต่ละค่าหมายถึง สถานะการชาร์จ เริ่มต้นต่างกัน

โฟโตไรเซชัน และ เกณฑ์

ถ้า อะตอม ดูดกลืน โฟตอน เพื่อ แตกตัวเป็นไอออน ต้องมี hν อย่างน้อยเท่ากับ พลังงานไอออไนเซชัน จาก รัฐ เริ่มต้น เมื่อ hν สูงกว่า เกณฑ์ ส่วนเกินไปเป็น พลังงานจลน์ ของ โฟโตอิเล็กตรอน และ หดตัว เล็กน้อย

การวัด เกณฑ์ และ พลังงานโฟโตอิเล็กตรอน จึงให้ข้อมูล พลังงานยึดเหนี่ยวของวงโคจร และเป็นพื้นฐานของ โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี

สำหรับ เกณฑ์อะตอมที่ตื่นเต้น ต่ำกว่า สถานะภาคพื้นดิน เพราะ อิเล็กตรอน มี พลังงาน ใกล้ ความต่อเนื่อง มากกว่า

แบบฝึกหัด

IE ต่อเนื่องกัน

IE₁=500, IE₂=4600 kJ/mol

เฉลย: มีแนวโน้มว่ามี วาเลนซ์อิเล็กตรอน หนึ่งตัวก่อนเข้า แกนกลาง

Na→Ar

แนวโน้ม

เฉลย: IE เพิ่มโดยรวมพร้อม ข้อยกเว้น

N เทียบ O

ใครมี IE₁ สูงกว่าโดยทั่วไป?

เฉลย: N เพราะ เติมไปครึ่งหนึ่ง 2p³ และ ผลการจับคู่