Енергија јонизације
минимална количина енергије потребна за уклањање електрона из атома или молекула у гасовитом стању / From Wikipedia, the free encyclopedia
Енергија јонизације () је најмања количина енергије коју је потребно довести једном атому неког елемента да би он отпустио свој последњи, најслабије везани електрон са последњег електронског нивоа.[1][2][3] То се квантитативно изражава као:
- + енергија ⟶
где је X било који атом или молекул, X+ је јон са једним уклоњеним електроном, и − је уклоњени електрон.[4] Оно је генерално ендотерман процес. По правилу, што су најудаљенији електрони ближе језгру атома, то је већа енергија јонизације атома.
Физичке и хемијске науке користе различите јединице за енергију јонизације.[5] У физици, јединица је количина енергије потребна за уклањање једног електрона из једног атома или молекула, изражена као електронволти. У хемији, јединица је количина енергије потребна да сви атоми у молу супстанце изгубе по један електрон: енергија моларне јонизације или приближно енталпија, изражена у килоџулима по молу () или килокалоријама по молу.[6]
Енергија јонизације је веома важна мера реактивности одређеног елемента. Вредност енергије јонизације дуж групе опада, што се објашњава порастом пречника атома и последичним падом јачине привлачних електростатичких сила између валентног електрона и језгра.[7] Како су ове силе слабије, електрон се лакше отпушта, а побуђивање атома захтева мању количину енергије. Притом, прва енергија јонизације је најмања док је свака следећа значајно већа. У екстремним случајевима, друга енергија јонизације је и 1.000 пута већа од прве, као што је то случај код алкалних метала где се након прве јонизације постиже стабилна електронска конфигурација, са попуњеним октетом и јачим интраатомским силама између језгра и валентних електрона. Насупрот томе, енергија јонизације дуж периоде расте јер све већи број електрона у истом енергетском нивоу више интереагује са језгорoм и отежава отпуштање валентних електрона, тј потребно је довести све већу количину енергије да би се валентни електрон(и) отпусито и на тај начин постигао стабилну електронску конфигурацију.
Енергија јонизације -тог реда се односи на количину енергије неопходне да се уклони електрон из честице наелектрисања (-1). На пример, прве три енергије јонизације су дефинисане на следећи начин:
- 1. енергија јонизације је енергија која омогућава реакцију X ⟶ X+ + −
- 2. енергија јонизације је енергија која омогућава реакцију X+ ⟶ X2+ + −
- 3. енергија јонизације је енергија која омогућава реакцију X2+ ⟶ X3+ + −
Термин јонизациони потенцијал је старији и застарели појам[8] за енергију јонизације,[9] јер се најстарији метод мерења енергије јонизације заснивао на јонизовању узорка и убрзању електрона уклоњеног електростатичким потенцијалом.
Најзначајнији фактори који утичу на енергију јонизације укључују:
- Електронска конфигурација: она објашњава енергију јонизације већине елемената, јер се све њихове хемијске и физичке карактеристике могу утврдити само одређивањем њихове одговарајуће електронске конфигурације.
- Нуклеарно наелектрисање: ако је нуклеарни набој (атомски број) већи, језгро јаче држи електроне и отуда енергија јонизације постаје већа.
- Број електронских омотача: ако је величина атома већа због присуства више љуски, језгро слабије држи електроне и енергија јонизације бива мања.
- Ефективни нуклеарни набој (): ако су величине заштите и пенетрације електрона веће, језгро слабије држи електроне, електрона и енергијe јонизације су мањe.[10]
- Тип јонизоване орбитале: атом стабилније електронске конфигурације има мању тенденцију да губи електроне и сходно томе има већу енергију јонизације.
- Електронско заузеће: ако је највиша заузета орбитала двоструко попуњена, тада је лакше уклонити електрон.
Остали мањи фактори укључују:
- Релативистички ефекти: они утичу на теже елементе (посебно на оне чији је атомски број већи од 70), јер се њихови електрони приближавају брзини светлости, те стога имају мањи атомски радијус/већу енергију јонизације.
- Контракција лантаноида и актиноида (и контракција d-блока[11]): велико скупљање елемената утиче на енергију јонизације, јер се снажније осећа нето наелектрисање језгра.
- Енергије електронског пара[12] и енергија размене: оне су применљиве само потпуно испуњене и допола испуњене орбитале.