Что такое энергия ионизации? Изучите определение энергии ионизации, тенденцию энергии ионизации и факторы, влияющие на нее. Кроме того, см. диаграмму энергии ионизации.
Что такое энергия ионизации?
Энергия ионизации — это минимальное количество энергии, необходимое для удаления самого внешнего или наиболее слабо связанного электрона в электронном облаке атома определенного элемента. Самые внешние электроны в атоме являются валентными электронами. Поскольку валентные электроны находятся дальше всего от ядра атома, на них меньше всего влияет положительно заряженное ядро атома. Таким образом, валентные электроны первыми будут удалены ядрами из другого атома, что оказывает большее положительно заряженное действие на электроны. Кроме того, более одного электрона может быть удалено из атома; по мере удаления электронов это становится более трудным и требует больше энергии для удаления электронов. Энергия ионизации измеряется в килоджоулях на моль. Формула для энергии ионизации выглядит следующим образом:
X(g)+энергия −−>X+(g)+e−
В приведенной выше формуле «X» представляет атом или молекулу, «X+» представляет собой результат или положительно заряженный ион (после того, как он был лишен электрона), а «e—» представляет собой удаленный электрон.
Однако, когда ион становится более положительно заряженным, он удерживает оставшиеся электроны более плотно. Поэтому формула корректируется, так как электроны постоянно удаляются.
- Энергия ионизации для удаления 1-го электрона: {eq} X --> X^+ + e^- {/eq}
- Энергия ионизации для удаления 2-го электрона: {eq} X^+ --> X2^ + e^- {/eq}
- Энергия ионизации для удаления 3-го электрона: {eq} X2^+ --> X3^+ + e^- {/eq}
Факторы, влияющие на энергию ионизации
Энергия ионизации, или минимальное количество энергии, необходимое для лишения валентного электрона, зависит от количества электронных орбит вокруг ядер и количества протонов в ядрах данного элемента. Периодическая таблица элементов организована таким образом, что создает тренд энергии ионизации. Периодическая таблица организована в группы и периоды. Группы — это столбцы в таблице, а периоды — это строки. За исключением группы 8a или 18, элементы в одной группе содержат одинаковое количество валентных электронов. Элементы одного и того же периода или ряда содержат одинаковое количество электронных орбиталей в своих атомах.
Энергия ионизации коррелирует с количеством протонов в ядрах атома и количеством его электронных оболочек.
При взгляде на периодическую таблицу элементов энергия ионизации обычно увеличивается слева направо в течение периода или ряда. Сверху вниз в группе или колонне энергия ионизации уменьшается. Проще говоря, перемещаясь из левого нижнего угла периодической таблицы в правый верхний угол, энергия ионизации увеличивается. Поэтому элементам в правом верхнем углу таблицы и в ее направлении требуется больше энергии, чтобы лишить их внешних электронов. То есть элементы с высокой энергией ионизации, как правило, оказывают более сильное воздействие на собственные внешние электроны и, как правило, не удаляются и не поглощаются в ходе химической реакции.
Почему энергия ионизации увеличивается в течение определенного периода?
Как упоминалось ранее, энергия ионизации увеличивается при перемещении слева направо в течение периода в периодической таблице. Причина этого в том, что движение слева направо в течение периода показывает увеличение атомных номеров, то есть числа протонов в ядре. Более положительно заряженные протоны в ядре усиливают влияние на отрицательно заряженные электроны и, следовательно, тянут их более плотно вокруг ядра.
Например, и литий, и фтор имеют одинаковое количество электронных оболочек, но отличаются количеством протонов. Литий имеет 3 протона, а фтор имеет 9. Ядро фтора имеет больше протонов и, следовательно, имеет более сильную положительно заряженную силу, которая притягивает электронные оболочки в более плотное пространство вокруг ядра. Это приводит к тому, что самым внешним электронам фтора требуется больше энергии, чтобы отделить их от ядер, которые они плотно окружают.
Почему энергия ионизации уменьшается в группе?
Перемещение вниз по группе в периодической таблице показывает тенденцию к уменьшению энергии ионизации. Элементам, входящим в группу, требуется меньше энергии для удаления их самых внешних электронов. Причина такой закономерности заключается в том, что движение вниз в группе увеличивает номер периода или количество электронных орбиталей, которые окружают ядра этого элемента. Увеличение числа электронных орбиталей, или оболочек, увеличивает размер атома и расстояние между самыми внешними электронами и ядром. Поскольку расстояние между ними больше, ядро оказывает меньшее влияние на электроны. Таким образом, электроны менее плотно удерживаются вокруг ядра в атомах элементов, входящих в группу.
Например, литий имеет такое же количество валентных электронов, как и цезий, но меньше протонов. Однако литий имеет только 2 электронные оболочки, а цезий - 6. Следовательно, ядра лития оказывают большее положительное влияние на его самый внешний электрон, чем ядра цезия между его ядрами и самым внешним электроном. Кроме того, увеличение числа электронов, окружающих ядро, ослабляет положительную силу, ощущаемую самым удаленным электроном от ядра.
Диаграмма энергии ионизации
При просмотре периодической таблицы атомный радиус, или количество электронных оболочек вокруг атомов элемента, увеличивается при движении вниз по группе, а также справа налево в периоде. Увеличение атомного радиуса - это уменьшение энергии ионизации.
Энергия ионизации увеличивается при движении слева направо в периоде и снизу вверх в группе. Атомы, у которых больше протонов и меньше электронных оболочек, имеют электроны, которые более плотно прикреплены к их ядрам. Следовательно, их самым внешним электронам требуется больше энергии, чтобы отделить их от ядер.
Краткое содержание урока
В целом, энергия ионизации - это минимальное количество энергии, необходимое для удаления самого внешнего электрона (ов) атома. Периодическая таблица элементов организована таким образом, что можно проследить тенденцию изменения энергии ионизации по периодам и группам. Группы - это столбцы периодической таблицы, а периоды - строки. Перемещаясь слева направо за период, энергия ионизации увеличивается. Энергия ионизации уменьшается при движении сверху вниз в группе. Есть несколько факторов, которые влияют на энергию ионизации атома и коррелируют с ней:
- (1) количество протонов в ядре
- (2) количество электронов, окружающих ядро
- (3) количество электронных оболочек или орбиталей, окружающих ядро.
Причина, по которой количество протонов влияет на энергию ионизации, заключается в том, что они положительно заряжены и притягивают отрицательно заряженные электроны. Следовательно, атомы с большим количеством протонов оказывают большее влияние на свои самые внешние электроны, и их орбиты более плотно упакованы вокруг их ядер. Однако атомы, которые имеют большее число электронов и электронные орбитали между ними, уменьшают положительно заряженное влияние протонов на их самые внешние электроны или валентные электроны. Большее количество электронов имеет тенденцию затуманивать или нейтрализовывать положительно заряженное ядро, так что валентные электроны меньше его ощущают. Наконец, увеличение числа электронных орбит вокруг ядра означает, что самые удаленные электроны находятся дальше от положительно заряженного ядра атома. Увеличение расстояния между валентными электронами и ядром, которое они окружают, уменьшает влияние ядра на валентные электроны. Это приводит к тенденции уменьшения энергии ионизации, идущей вниз по группе.
Часто задаваемые вопросы
Какова первая энергия ионизации в химии?
1-я энергия ионизации в химии — это минимальное количество энергии, необходимое для удаления первого внешнего электрона из атома данного элемента.
Увеличивается или уменьшается энергия ионизации при движении вниз по группе?
Энергия ионизации уменьшается, перемещаясь сверху вниз в группе. Причина этого заключается в том, что движение вниз по группе увеличивает число периодов и, следовательно, число электронных орбит. Увеличение электронных орбит приводит к уменьшению энергии ионизации, потому что расстояние между ядром и его внешними электронами увеличивается, что уменьшает влияние ядра на его внешние электроны.