Năng lượng Ion hóa là gì?

Electrical4u

Trường dữ liệu: Điện Cơ Bản

China

Khả năng của một nguyên tố để từ bỏ các electron ngoài cùng của nó để tạo thành ion dương được thể hiện qua lượng năng lượng cung cấp cho các nguyên tử đủ để lấy đi electron khỏi chúng. Năng lượng này được gọi là Năng lượng Ion hóa. Nói đơn giản, Năng lượng Ion hóa là năng lượng cung cấp cho một nguyên tử hoặc phân tử cô lập để loại bỏ electron vỏ valence lỏng lẻo nhất của nó để tạo thành ion dương. Đơn vị của nó là electron-volt eV hoặc kJ/mol và được đo trong ống xả điện, nơi một electron di chuyển nhanh va chạm với một nguyên tố khí để tống ra một trong số electron của nó. Năng lượng Ion hóa (IE) càng thấp, khả năng tạo ion dương càng tốt.

lonization energy.1.png

Điều này có thể được giải thích bằng mô hình nguyên tử Bohr, theo đó mô hình này xem xét một nguyên tử giống như hidro, trong đó một electron quay xung quanh hạt nhân mang điện tích dương do lực hấp dẫn coulomb và electron chỉ có thể có các mức năng lượng cố định hoặc lượng tử. Năng lượng của electron trong mô hình Bohr được lượng tử hóa và được biểu diễn dưới đây :
Trong đó, Z là số nguyên tử và n là số lượng tử chính, n là một số nguyên. Đối với nguyên tử hidro, Năng lượng Ion hóa là 13,6eV.

Năng lượng Ion hóa (eV) là năng lượng cần thiết để đưa electron từ n = 1 (trạng thái cơ bản hoặc trạng thái ổn định nhất) đến vô cùng. Do đó, lấy 0 (eV) làm tham chiếu tại vô cùng, Năng lượng Ion hóa có thể được viết như sau :Khái niệm về Năng lượng Ion hóa hỗ trợ bằng chứng cho mô hình nguyên tử Bohr rằng electron có thể quay xung quanh hạt nhân ở các mức năng lượng cố định hoặc rời rạc, được biểu diễn bởi số lượng tử chính 'n'. Khi electron đầu tiên rời xa khỏi vùng hạt nhân dương, thì cần nhiều năng lượng hơn để loại bỏ electron tiếp theo bị ràng buộc lỏng lẻo do lực tĩnh điện tăng lên, nghĩa là, Năng lượng Ion hóa thứ hai lớn hơn Năng lượng Ion hóa thứ nhất.

Ví dụ, Năng lượng ion hóa đầu tiên của Natri (Na) được đưa ra như sau :
Và Năng lượng Ion hóa thứ hai của nó là

Do đó, IE2 > IE1 (eV). Điều này cũng đúng nếu có K lần ion hóa, thì IE1 < IE2 < IE3……….< IEk

Kim loại có Năng lượng Ion hóa thấp. Năng lượng Ion hóa thấp có nghĩa là tính dẫn điện của nguyên tố tốt hơn. Ví dụ, tính dẫn điện của Bạc (Ag, số nguyên tử Z = 47) là 6,30 × 107 s/m và Năng lượng Ion hóa của nó là 7,575 eV và đối với Đồng (Cu, Z = 29) là 5,76 × 107 s/m và Năng lượng Ion hóa của nó là 7,726 eV. Trong dẫn thể, Năng lượng Ion hóa thấp khiến electron di chuyển khắp lưới mang điện tích dương, tạo thành đám mây electron.

Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Năng Lượng Ion Hóa

Trong bảng tuần hoàn, xu hướng chung là Năng lượng Ion hóa tăng từ trái sang phải và giảm từ trên xuống dưới. Do đó, các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng ion hóa có thể được tóm tắt dưới đây:

Kích thước Nguyên Tử: Năng lượng Ion hóa giảm khi kích thước nguyên tử tăng vì khi bán kính nguyên tử tăng, lực hấp dẫn coulomb giữa hạt nhân và electron ngoài cùng giảm và ngược lại.
Hiệu ứng Che chắn: Sự tồn tại của electron trong các lớp vỏ bên trong che chắn hoặc làm suy yếu lực hấp dẫn coulomb giữa hạt nhân và electron vỏ valence. Do đó, năng lượng ion hóa giảm. Số lượng electron trong các lớp vỏ bên trong càng nhiều thì hiệu ứng che chắn càng mạnh. Tuy nhiên, trong trường hợp của vàng, Năng lượng Ion hóa lớn hơn bạc mặc dù kích thước của vàng lớn hơn bạc. Điều này là do hiệu ứng che chắn yếu do các d và f orbital trong trường hợp của vàng.
Điện Tích Hạt Nhân: Càng nhiều điện tích hạt nhân, càng khó ion hóa nguyên tử do lực hấp dẫn giữa hạt nhân và electron tăng lên.
Cấu Hình Điện Tử: Càng ổn định cấu hình điện tử của nguyên tử, càng khó rút electron nên Năng lượng Ion hóa càng cao.