انرژی یونیزاسیون چیست؟

انرژی یونیزاسیون، همچنین به نام پتانسیل یونیزاسیون، خاصیتی است که تمام عناصر جدول تناوبی دارای آن هستند. بنابراین تعریف انرژی یونیزاسیون چیست؟ مقدار انرژی مورد نیاز برای حذف یک الکترون از یک اتم خنثی است که یک یون را تشکیل می دهد. معمولاً بر حسب kJ/mol اندازه گیری می شود و اندازه گیری بر اساس یک اتم جدا شده در فاز گازی آن است. بیایید یاد بگیریم که چگونه آن را محاسبه کنیم، منظور از انرژی یونیزاسیون اول و دوم چیست و چگونه در جدول تناوبی روند می کند.

انرژی یونیزاسیون را می توان با معادله نشان داد:

X + اولین انرژی یونیزاسیون → X⁺ + e^–

جایی که

• X اتم خنثی است
• ایکس⁺ یونی از اتم X با یک بار مثبت است
• ه^– یک الکترون با یک بار منفی است

منظور از انرژی یونیزاسیون “اولین” چیست؟

در این معادله، “انرژی یونیزاسیون اول” به انرژی یونیزاسیون مورد نیاز برای حذف اولین الکترون یک اتم خنثی اشاره دارد که یونی با یک بار مثبت واحد ایجاد می کند. انرژی یونیزاسیون دوم مقدار انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون دوم از یون 1+ (یعنی یونی با یک بار مثبت منفرد) است که یونی با بار 2+ ایجاد می کند.

یون چیست؟

یک یون یک اتم با بار مثبت یا منفی است – با داشتن تعدادی الکترون نابرابر با پروتون هایش، بار را دریافت می کند. به عنوان مثال، یون سدیم که به صورت Na نیز نوشته می شود⁺، دارای 11 پروتون و 10 الکترون است. یک پروتون بیشتر از الکترون ها وجود دارد که باعث می شود یون دارای بار مثبت باشد. تعداد پروتون ها برای هر اتم یا یون همیشه ثابت است (تعداد پروتون ها عدد اتمی را تعیین می کند).

نحوه محاسبه انرژی یونیزاسیون

پتانسیل یونیزاسیون برای هیدروژن با استفاده از معادله زیر قابل محاسبه است:

E = hcR_اچ(1/n²)، جایی که

• E انرژی الکترون است (یا مقدار انرژی لازم برای حذف الکترون، انرژی یونیزاسیون)
• ساعت است ثابت پلانک = 6.626 * 10^-34 Js (ژول*ثانیه)
• ج سرعت نور = 3.00 * 10 است⁸ متر بر ثانیه (متر/ثانیه)
• آر_اچ است ثابت رایدبرگ = 1.097 * 10⁷ متر^-1 (1/متر)
• n عدد کوانتومی اصلی (یا سطح انرژی) الکترون است

پس از وصل کردن مقادیر ثابت ها، معادله تبدیل می شود:

E = (2.18 * 10^-18 J) (1/n²)

از اینجا می‌توانید مقدار سطح انرژی الکترون را وصل کنید تا مقدار انرژی لازم برای حذف آن را بیابید.

روند انرژی یونیزاسیون در جدول تناوبی

برای روند انرژی یونیزاسیون در جدول تناوبی، فرض می کنیم که ما همیشه به اولین انرژی یونیزاسیون عناصر اشاره می کنیم. به طور کلی، (اول) انرژی های یونیزاسیون به سمت گوشه سمت راست بالای جدول تناوبی افزایش می یابد و هلیوم دارای بالاترین انرژی یونیزاسیون است. قبل از اینکه روند را به دوره و گرایش‌های گروهی تقسیم کنیم، بیایید در مورد یک عامل اصلی در این روند صحبت کنیم: قانون هشت‌گانه.

قانون هشت

بر اساس قانون هشتگانه، اتم ها تلاش می کنند تا مجموعه ای کامل از 8 الکترون ظرفیت داشته باشند. این به این دلیل است که این پیکربندی بیشترین ثبات را برای اتم فراهم می کند. گازهای نجیب گروه 18 دارای یک هشت الکترون هستند که باعث می شود آنها از نظر شیمیایی بی اثر و غیر واکنشی باشند. اتم‌های گاز نجیب با عناصر دیگر واکنش نشان نمی‌دهند، زیرا به دلیل وجود اکتت الکترون‌هایی که دارند، از قبل بسیار پایدار هستند.

چگونه قانون هشت با روند انرژی های یونیزاسیون در جدول تناوبی ارتباط دارد؟ از آنجایی که اتم‌ها تلاش می‌کنند تا یک اکتت داشته باشند، انرژی یونیزاسیون هر اتم بر اساس تعداد الکترون‌های آنها متفاوت است. بیایید این رابطه را مستقیماً با روند دوره انرژی یونیزاسیون ببینیم.

روند دوره

در طول یک دوره، انرژی های یونیزاسیون افزایش می یابد. همانطور که قبلا ذکر شد، عناصر تلاش می کنند تا هشت تایی کامل از الکترون های ظرفیت داشته باشند. همانطور که عناصر به طور متوالی الکترون های بیشتری در یک دوره دارند، اتم ها به هدف خود نزدیک تر و نزدیک تر می شوند. بنابراین، حذف یک الکترون سخت‌تر و سخت‌تر می‌شود و انرژی یونیزاسیون افزایش می‌یابد، زیرا اتم‌ها به یک هشتگانه نزدیک می‌شوند. حذف یک الکترون از اتمی که از اکتت بسیار دور است بسیار آسان است.

یک عنصر گروه 1 که دارای یک الکترون ظرفیت است، به راحتی الکترون خود را از دست می دهد تا یک هشت الکترون داشته باشد. بنابراین، عناصر گروه 1 انرژی یونیزاسیون بسیار کمی دارند. برای حذف یک الکترون انرژی بسیار کمی نیاز است زیرا اتم بدون آن می تواند پایدارتر باشد.

در طرف مقابل طیف، عناصر گروه 17 دارای انرژی یونیزاسیون بسیار بالایی هستند. این به این دلیل است که با 7 الکترون ظرفیت، هالوژن ها می خواهند کسب کردن یک الکترون دیگر برای تشکیل یک اکتت. از دست دادن یک الکترون آنها را از هدف خود دورتر می کند و بنابراین، انرژی بسیار بیشتری برای حذف یک الکترون لازم است.

روند گروهی

در یک گروه، انرژی یونیزاسیون کاهش می یابد. این به این دلیل است که وقتی از یک گروه پایین می‌روید، الکترون‌ها در سطوح انرژی متوالی بالاتری قرار می‌گیرند، دورتر از جاذبه هسته. علاوه بر این، در یک گروه، الکترون های بیشتری بین الکترون های ظرفیت بیرونی و هسته وجود دارد. این الکترون‌های میانی به “محافظت” الکترون‌های بیرونی در برابر نیروهای جاذبه هسته کمک می‌کنند. بنابراین، حذف یک الکترون از پایین تر در یک گروه آسان تر است.

روند جدول تناوبی بر روی یک نمودار

همانطور که در نمودار می بینید، گازهای نجیب بیشترین انرژی یونیزاسیون و فلزات قلیایی کمترین انرژی یونیزاسیون را دارند. بین گروه های 1 و 18، پتانسیل یونیزاسیون به طور کلی در طول یک دوره افزایش می یابد.