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Definition und Trend der Ionisierungsenergie

Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron aus einem gasförmigen Atom oder Ion zu entfernen . Die erste oder anfängliche Ionisierungsenergie oder E i eines Atoms oder Moleküls ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Mol Elektronen von einem Mol isolierter gasförmiger Atome oder Ionen zu entfernen .

Sie können sich die Ionisierungsenergie als Maß für die Schwierigkeit der Elektronenentfernung oder die Stärke vorstellen, mit der ein Elektron gebunden wird. Je höher die Ionisierungsenergie ist, desto schwieriger ist es, ein Elektron zu entfernen. Daher ist die Ionisierungsenergie ein Indikator für die Reaktivität. Die Ionisierungsenergie ist wichtig, da sie zur Vorhersage der Stärke chemischer Bindungen verwendet werden kann.

Auch bekannt als: Ionisationspotential, IE, IP, ΔH °

Einheiten : Die Ionisierungsenergie wird in Einheiten von Kilojoule pro Mol (kJ / mol) oder Elektronenvolt (eV) angegeben.

 

Ionisierungsenergietrend im Periodensystem

Die Ionisation folgt zusammen mit dem Atom- und Ionenradius. der Elektronegativität, der Elektronenaffinität und der Metallizität einem Trend im Periodensystem der Elemente.

    • Die Ionisierungsenergie nimmt im Allgemeinen über eine Elementperiode (Reihe) von links nach rechts zu. Dies liegt daran, dass der Atomradius im Allgemeinen über eine Periode hinweg abnimmt, so dass eine größere effektive Anziehungskraft zwischen den negativ geladenen Elektronen und dem positiv geladenen Kern besteht. Die Ionisation hat ihren minimalen Wert für das Alkalimetall auf der linken Seite des Tisches und einen maximalen Wert für das Edelgas ganz rechts in einer Periode. Das Edelgas hat eine gefüllte Valenzschale und widersteht so der Elektronenentfernung.
    • Die Ionisierung nimmt ab, wenn eine Elementgruppe (Spalte) von oben nach unten verschoben wird. Dies liegt daran, dass die Hauptquantenzahl des äußersten Elektrons in einer Gruppe zunimmt. Es gibt mehr Protonen in Atomen, die sich entlang einer Gruppe bewegen (größere positive Ladung), aber der Effekt besteht darin, die Elektronenschalen einzuziehen, sie kleiner zu machen und äußere Elektronen von der Anziehungskraft des Kerns abzuschirmen. Es werden mehr Elektronenschalen hinzugefügt, die sich entlang einer Gruppe bewegen, so dass das äußerste Elektron zunehmend vom Kern entfernt wird.

 

 

Erste, zweite und nachfolgende Ionisierungsenergien

Die Energie, die benötigt wird, um das äußerste Valenzelektron von einem neutralen Atom zu entfernen , ist die erste Ionisierungsenergie. Die zweite Ionisierungsenergie ist diejenige, die erforderlich ist, um das nächste Elektron zu entfernen, und so weiter. Die zweite Ionisierungsenergie ist immer höher als die erste Ionisierungsenergie. Nehmen Sie zum Beispiel ein Alkalimetallatom. Das Entfernen des ersten Elektrons ist relativ einfach, da sein Verlust dem Atom eine stabile Elektronenhülle verleiht. Das Entfernen des zweiten Elektrons beinhaltet eine neue Elektronenhülle, die näher und fester an den Atomkern gebunden ist.

Die erste Ionisierungsenergie von Wasserstoff kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

H ( g ) → H + ( g ) + e

Δ H °=-1312,0 kJ / mol

 

Ausnahmen vom Ionisierungsenergietrend

Wenn Sie sich ein Diagramm der ersten Ionisierungsenergien ansehen, sind zwei Ausnahmen vom Trend leicht erkennbar. Die erste Ionisierungsenergie von Bor ist geringer als die von Beryllium und die erste Ionisierungsenergie von Sauerstoff ist geringer als die von Stickstoff.

Der Grund für die Diskrepanz liegt in der Elektronenkonfiguration dieser Elemente und der Hundschen Regel. Für Beryllium stammt das erste Ionisationspotentialelektron aus dem 2 s- Orbital, obwohl die Ionisation von Bor ein 2 p- Elektron beinhaltet. Sowohl für Stickstoff als auch für Sauerstoff stammt das Elektron aus dem 2 p- Orbital, aber der Spin ist für alle 2 p- Stickstoffelektronen gleich, während sich in einem der 2 p- Sauerstofforbitale ein Satz gepaarter Elektronen befindet .

 

Wichtige Punkte

  • Die Ionisierungsenergie ist die minimale Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron von einem Atom oder Ion in der Gasphase zu entfernen.
  • Die gebräuchlichsten Einheiten der Ionisierungsenergie sind Kilojoule pro Mol (kJ / M) oder Elektronenvolt (eV).
  • Die Ionisierungsenergie zeigt im Periodensystem Periodizität.
  • Der allgemeine Trend geht dahin, dass die Ionisierungsenergie über eine Elementperiode von links nach rechts zunimmt. Wenn Sie sich über einen Zeitraum von links nach rechts bewegen, nimmt der Atomradius ab, sodass Elektronen stärker vom (näheren) Kern angezogen werden.
  • Der allgemeine Trend geht dahin, dass die Ionisierungsenergie in einer Periodensystemgruppe von oben nach unten abnimmt. Wenn Sie eine Gruppe nach unten verschieben, wird eine Valenzschale hinzugefügt. Die äußersten Elektronen befinden sich weiter vom positiv geladenen Kern entfernt, sodass sie leichter zu entfernen sind.

 

Verweise

  • F. Albert Cotton und Geoffrey Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry (5. Auflage, John Wiley 1988), S. 1381.
  • Lang, Peter F.; Smith, Barry C. “ Ionisierungsenergien von Atomen und Atomionen „. J Blatt of Chemical Education . 80 (8).

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