Что такое энергия ионизации?

Способность элемента отдавать свои внешние электроны для образования положительных ионов проявляется в количестве энергии, подаваемой на его атомы, достаточное для извлечения электронов из них. Эта энергия известна как Энергия Ионизации. Проще говоря, Энергия Ионизации — это энергия, подаваемая на изолированный атом или молекулу, чтобы выбить наиболее слабо связанный электрон валентной оболочки и образовать положительный ион. Её единица измерения — электрон-вольт (эВ) или кДж/моль, и она измеряется в разрядной трубке, где быстро движущийся электрон сталкивается с газообразным элементом, чтобы выбить один из его электронов. Чем меньше Энергия Ионизации (EI), тем лучше способность к образованию катионов.

Это можно объяснить с помощью модели атома Бора, которая рассматривает водородоподобный атом, в котором электрон вращается вокруг положительно заряженного ядра вследствие кулоновской силы притяжения, и электрон может иметь только фиксированные или квантованные уровни энергии. Энергия электрона в модели Бора квантована и выражается следующим образом :
Где Z — атомный номер, а n — главный квантовый номер, где n — целое число. Для атома водорода Энергия Ионизации составляет 13,6 эВ.

Энергия Ионизации (эВ) — это энергия, необходимая для перехода электрона из состояния n = 1 (основное состояние или наиболее устойчивое состояние) в бесконечность. Следовательно, принимая за ноль (эВ) в бесконечности, Энергия Ионизации может быть записана как :Концепция Энергии Ионизации поддерживает доказательства модели атома Бора, что электрон может вращаться вокруг ядра на фиксированных или дискретных уровнях энергии или оболочках, представленных главным квантовым числом 'n'. Когда первый электрон удаляется от положительно заряженного ядра, то для удаления следующего слабо связанного электрона требуется больше энергии, так как электростатическая сила притяжения увеличивается, то есть вторая Энергия Ионизации больше первой.

Например, первая энергия ионизации натрия (Na) задается как :
А его вторая Энергия Ионизации равна

Таким образом, EI2 > EI1 (эВ). Это также верно, если существует K ионизаций, тогда EI1 < EI2 < EI3……….< EIk

Металлы имеют низкую Энергию Ионизации. Низкая Энергия Ионизации означает лучшую проводимость элемента. Например, проводимость серебра (Ag, атомный номер Z = 47) составляет 6,30 × 107 с/м, а его Энергия Ионизации составляет 7,575 эВ, а для меди (Cu, Z = 29) — 5,76 × 107 с/м, а её Энергия Ионизации составляет 7,726 эВ. В проводниках низкая Энергия Ионизации вызывает движение электронов по всему положительно заряженному решетчатому структуру, образуя электронное облако.

Факторы, влияющие на Энергию Ионизации

В периодической таблице общая тенденция заключается в том, что Энергия Ионизации увеличивается слева направо и уменьшается сверху вниз. Таким образом, факторы, влияющие на энергию ионизации, можно суммировать следующим образом:

• Размер Атома: Энергия Ионизации уменьшается с размером атома, так как при увеличении атомного радиуса кулоновская сила притяжения между ядром и внешним электроном уменьшается, и наоборот.

• Эффект Экранирования: Присутствие внутренних электронов экранирует или ослабляет кулоновскую силу притяжения между ядром и валентными электронами. Поэтому энергия ионизации уменьшается. Чем больше внутренних электронов, тем больше экранирование. Однако, в случае золота, Энергия Ионизации выше, чем у серебра, несмотря на больший размер золота. Это связано с слабым экранированием, предлагаемым внутренними d и f орбиталями в случае золота.

• Ядерный Заряд: Чем больше ядерный заряд, тем труднее ионизовать атом из-за большей силы притяжения между ядром и электронами.

• Электронная Конфигурация: Чем стабильнее электронная конфигурация атома, тем труднее вывести электрон, и, следовательно, больше Энергия Ионизации.

Источник: Electrical4u

Заявление: Уважайте оригинал, хорошие статьи стоят того, чтобы их делиться, если есть нарушение правил, свяжитесь для удаления.