이온화 에너지란 무엇입니까

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필드: 기본 전기학

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원소가 가장 바깥쪽 전자를 주어 양이온을 형성하는 능력은 원자에서 전자를 제거하기에 충분한 에너지를 공급하는 데 나타납니다. 이 에너지는 이온화 에너지로 알려져 있습니다. 간단히 말하면, 이온화 에너지는 단일 원자나 분자에 제공되어 가장 느슨하게 결합된 발렌트 셀 전자를 제거하여 양이온을 형성하는 에너지입니다. 그 단위는 전자볼트 eV 또는 kJ/mol이며, 고속으로 움직이는 전자가 기체 원소와 충돌하여 하나의 전자를 방출하는 전기 방전관에서 측정됩니다. 이온화 에너지(IE)가 적을수록 양이온을 형성하는 능력이 더 좋습니다.

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이는 보어의 원자 모델로 설명할 수 있으며, 이 모델은 전자가 양전하를 가진 핵 주변을 콜롬비아 힘에 의해 회전하며, 전자는 고정되거나 양자화된 에너지 수준만 가질 수 있다고 가정합니다. 보어 모델 전자의 에너지는 양자화되어 아래와 같이 주어집니다 :
여기서, Z는 원자 번호이고 n은 주 양자수입니다. 수소 원자의 경우, 이온화 에너지는 13.6eV입니다.

이온화 에너지(eV)는 전자를 n = 1 (바닥 상태 또는 가장 안정된 상태)에서 무한대로 이동시키는데 필요한 에너지입니다. 따라서 무한대에서 0(eV)을 기준으로 하면, 이온화 에너지는 다음과 같이 쓸 수 있습니다 :이온화 에너지의 개념은 보어의 원자 모델의 증거를 지원하며, 전자가 주 양자수 'n'으로 표시되는 고정되거나 이산적인 에너지 수준이나 셀에서 핵 주변을 회전한다는 것을 의미합니다. 첫 번째 전자가 양전하 핵 근처에서 멀어지면, 다음으로 느슨하게 결합된 전자를 제거하는데 더 많은 에너지가 필요하게 됩니다. 즉, 두 번째 이온화 에너지는 첫 번째 이온화 에너지보다 큽니다.

예를 들어, 나트륨(Na)의 첫 번째 이온화 에너지는 다음과 같습니다 :
그리고 두 번째 이온화 에너지는

따라서, IE2 > IE1 (eV)입니다. 만약 K개의 이온화가 있다면, IE1 < IE2 < IE3……….< IEk

금속은 낮은 이온화 에너지를 가지고 있습니다. 낮은 이온화 에너지는 원소의 전도성이 더 좋음을 의미합니다. 예를 들어, 은(Ag, 원자 번호 Z = 47)의 전도성은 6.30 × 107 s/m이고, 그 이온화 에너지는 7.575 eV이며, 구리(Cu, Z = 29)의 전도성은 5.76 × 107 s/m이고, 그 이온화 에너지는 7.726 eV입니다. 전도체에서는 낮은 이온화 에너지로 인해 전자가 양전하 격자 전체를 통해 이동하여 전자 구름을 형성합니다.

이온화 에너지에 영향을 미치는 요인

주기표에서 일반적인 경향은 왼쪽에서 오른쪽으로 이온화 에너지가 증가하고, 위에서 아래로 감소한다는 것입니다. 따라서 이온화 에너지에 영향을 미치는 요인은 다음과 같이 요약될 수 있습니다:

원자 크기: 이온화 에너지는 원자 크기가 커짐에 따라 감소합니다. 원자 반경이 증가함에 따라 핵과 가장 바깥쪽 전자 사이의 콜롬비아 힘의 유인력이 감소하고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
방어 효과: 내부 껍질 전자는 핵과 발렌트 껍질 전자 사이의 콜롬비아 힘의 유인력을 약화시키거나 차단합니다. 따라서 이온화 에너지는 감소합니다. 내부 전자의 수가 많을수록 더 많은 방어 효과가 있습니다. 그러나 금의 경우, 은보다 크기는 더 크지만, d 및 f 궤도에서 내부 전자가 제공하는 방어 효과가 약하기 때문에 이온화 에너지가 더 큽니다.
핵 전하: 핵 전하가 클수록 핵과 전자 사이의 유인력이 강해져 원자를 이온화하기 어려워집니다.
전자 배치: 원자의 전자 배치가 더 안정적일수록 전자를 제거하기 어려워 이온화 에너지가 더 큽니다.