Energia jonizacji

Energia jonizacji, potencjał jonizacyjny atomu lub cząsteczki – minimalna energia, którą należy dostarczyć, aby oderwać elektron od atomu danego pierwiastka lub cząsteczki^[1]. Przy jonizacji atomu znajdującego się w stanie podstawowym używa się określenia „pierwszy potencjał jonizacyjny”; przy odrywaniu kolejnych elektronów mówi się o drugim, trzecim, n-tym potencjale jonizacyjnym, określając w ten sposób energię potrzebną do oderwania n-tego elektronu po wcześniejszym oderwaniu n−1 elektronów.

Energie jonizacji obojętnych atomów poszczególnych pierwiastków

Kolejne potencjały jonizacyjne (szczególnie pierwszy) są wielkościami charakterystycznymi dla atomów i cząsteczek i decydują o ich własnościach fizycznych i chemicznych, dlatego podawane są w tabelach właściwości pierwiastków. Potencjał jonizacyjny podaje się w jednostkach energii na atom (elektronowolt na atom) lub na mol atomów (kilodżul/mol).

Związek z położeniem w układzie okresowym

Energia jonizacji obojętnych atomów zależy od liczby atomowej i waha się w granicach od kilku do dwudziestu kilku eV. Jest ona równa energii wiązania najsłabiej związanego elektronu walencyjnego. Największą energię jonizacji mają atomy gazów szlachetnych, co jest związane z faktem, że pierwiastki te mają zapełnione powłoki walencyjne. Najmniejszą energię jonizacji mają pierwiastki z pierwszej grupy układu okresowego posiadające na powłoce walencyjnej jeden elektron.

Proces jonizacji opisuje równanie:

${\displaystyle A_{g}\rightarrow A_{g}^{+}+e^{-}.}$

W miarę usuwania kolejnych elektronów atomu energia jonizacji powstałego kationu rośnie, przy czym największa energia jonizacji związana jest z oderwaniem elektronu z powłoki wewnętrznej. W układzie okresowym pierwiastków obserwuje się wzrost energii jonizacji w okresie z lewej na prawo i spadek w grupie z góry na dół.

Niektórzy naukowcy mówiąc o energii jonizacji odnoszą się do określonego stanu elektronowego (odpowiadającego wybiciu elektronu z określonego orbitalu atomowego) a czasem rozpatrują energię jonizacji cząsteczek (por. twierdzenie Koopmansa).

Energię jonizacji definiuje i wiąże z entalpią zależność:

${\displaystyle E_{j}=\Delta H-RT,}$

gdzie:

${\displaystyle T}$ – temperatura,

${\displaystyle E_{j}}$ – energia jonizacji,

${\displaystyle R}$ – stała gazowa,

${\displaystyle \Delta H}$ – entalpia jonizacji.

Energie jonizacji atomów

Osobny artykuł: Molowe energie jonizacji pierwiastków.

Potencjał jonizacji w [kJ/mol]

Pierwiastek	Pierwszy	Drugi	Trzeci	Czwarty	Piąty	Szósty	Siódmy
Na	496	4560
Mg	738	1450	7730
Al	577	1816	2744	11600
Si	786	1577	3228	4354	16100
P	1060	1890	2905	4950	6270	21200
S	999	2260	3375	4565	6950	8490	11000
Cl	1256	2295	3850	5160	6560	9360	11000
Ar	1520	2665	3945	5770	7230	8780	12000

Zobacz też

• atomy rydbergowskie
• energia dysocjacji
• energia wiązania
• powinowactwo elektronowe