Energia jonizacji atomu

Energia jonizacji jest główną cechą atomu. Określa charakter i wytrzymałość wiązań chemicznych, które mogą tworzyć atom. Właściwości redukujące substancji (proste) również zależą od tej cechy.

Termin "energia jonizacji" czasami zastępujetermin "pierwszy potencjał jonizacji" (I1), oznaczający przez to najmniejszą energię, która jest potrzebna, by elektron oddalił się od wolnego atomu, gdy znajduje się w stanie energii zwanym dolnym.

W szczególności, dla atomu wodoru to się nazywaenergia wymagana do odłączenia elektronu od protonu. Dla atomów z kilkoma elektronami istnieje pojęcie drugiego, trzeciego itd. potencjały jonizacji.

Energia jonizacji atomu wodoru jest sumą, której jednym z elementów jest energia elektronu, a druga jest potencjalną energią układu.

W chemii energia atomu wodoru jest oznaczona symbolem "Ea", a suma energii potencjalnej układu i energii elektronu może być wyrażona wzorem: Ea = E + T = -Z.e / 2.R.

Z tego wyrażenia widać, że stabilnośćukład jest bezpośrednio związany z ładunkiem jądra i odległością między nim a elektronem. Im mniejsza odległość, tym silniejszy ładunek jądra, im bardziej są przyciągane, tym stabilniejszy i stabilniejszy system, tym więcej energii trzeba wydać, aby zerwać to połączenie.

Oczywiście, jeśli chodzi o ilość energii zużytej na przerwanie połączenia, można porównać stabilność systemów: im więcej energii, tym bardziej stabilny system.

Energia jonizacji atomu jest (siła, którakonieczne do zniszczenia wiązań w atomie wodoru) obliczono eksperymentalnie. Dziś jego wartość jest dokładnie znana: 13,6 eV (elektronowoltów). Później naukowcy, również przy pomocy serii eksperymentów, byli w stanie obliczyć energię potrzebną do zniszczenia wiązania atom-elektron w układach składających się z pojedynczego elektronu i jądra atomowego o ładunku dwa razy wyższym od atomu wodoru. Zostało ustalone doświadczalnie, że w tym przypadku wymagane jest 55,4 eV.

Znane są już prawa elektrostatyczneenergia jonizacji konieczna do zerwania połączenia między przeciwnymi ładunkami (Z i e), pod warunkiem, że są one zlokalizowane w odległości R, jest ustalona (określona) za pomocą następującego równania: T = Z.e / R.

Taka energia jest proporcjonalna do wielkości ładunków i,w związku z tym jest odwrotnie proporcjonalny do odległości. Jest to całkiem naturalne: im silniejsze są ładunki, tym silniejsze łączące je siły, tym silniejszy wysiłek jest wymagany do rozbicia więzi między nimi. To samo dotyczy odległości: im jest ona mniejsza, tym silniejsza energia jonizacji, tym więcej wideł będzie musiało być zastosowanych do przerwania połączenia.

To rozumowanie wyjaśnia, dlaczego system atomów o silnym ładunku jądrowym jest bardziej stabilny i potrzebuje więcej energii, by oddzielić elektron.

Natychmiast pojawia się pytanie: "Jeśli ładunek jądrowy jest tylko dwa razy mocniejszy, dlaczego energia jonizacji konieczna do odłączenia elektronów nie zwiększa się o dwa, ale o współczynnik równy cztery?" Dlaczego jest równa dwukrotności ładunku pobieranego w kwadracie (54,4 / 13,6 = 4)? ".

Ta sprzeczność jest wyjaśniona po prostu. Jeżeli ładunki Z i e w układzie są we względnym stanie bezruchu, wówczas energia (T) jest proporcjonalna do ładunku Z i wzrasta proporcjonalnie.

Ale w układzie, w którym elektron z ładunkiem e wykonuje obroty rdzenia z ładunkiem Z, a Z wzmacnia, promień rotacji R zmniejsza się proporcjonalnie: elektron przyciąga do jądra z większą siłą.

Wniosek jest oczywisty. Energia jonizacji działa na ładunek jądra, odległość (w promieniu) od jądra do najwyższego punktu gęstości ładunku zewnętrznego elektronu; siła odpychająca między zewnętrznymi elektronami i miara przenikliwej mocy elektronu.