Ionizačná energia atómu

Ionizačná energia je hlavnou charakteristikou atómu. Určuje povahu a silu chemických väzieb, ktoré môžu tvoriť atóm. Redukčné vlastnosti látky (jednoduché) tiež závisia od tejto charakteristiky.

Termín "ionizačná energia" niekedy nahrádzatermín "prvý ionizačný potenciál" (I1), čo znamená, že najmenšia energia, ktorá je potrebná na to, aby sa elektrón pohyboval od voľného atómu, keď je v stave energie, ktorý sa nazýva nižší.

Najmä pre atóm vodíka sa to nazývaenergia potrebná na oddelenie elektrónu od protónu. Pre atómy s niekoľkými elektrónmi existuje koncept druhého, tretieho, atď. ionizačné potenciály.

Ionizačná energia atómu vodíka je súčet, z ktorej jedna zložka je energia elektrónu a druhá potenciálna energia systému.

V chémii je energia atómu vodíka označená symbolom "Ea" a súčet potenciálnej energie systému a energia elektrónu môže byť vyjadrený vzorcom: Ea = E + T = -Z.e / 2.R.

Z tohto výrazu možno vidieť stabilitusystém priamo súvisí s nábojom jadra a vzdialenosťou medzi ním a elektrónom. Čím je táto vzdialenosť menšia, tým silnejšia je náboj jadra, tým viac je priťahovaná, tým je systém stabilnejší a stabilnejší, tým viac energie musí byť použitá na prerušenie tohto spojenia.

Samozrejme, pokiaľ ide o množstvo energie vynaložené na prerušenie spojenia, možno porovnať stabilitu systémov: čím viac energie, tým je systém stabilnejší.

Ionizačná energia atómu je (silou, ktorápotrebná na deštrukciu väzieb v atóme vodíka) bola vypočítaná experimentálne. Dnes je jeho hodnota presne známa: 13,6 eV (elektrónové vety). Neskôr vedci, tiež s pomocou série experimentov, dokázali vypočítať energiu potrebnú na zničenie väzby atóm-elektrón v systémoch pozostávajúcich z jedného elektrónu a jadra s dvojnásobnou nábojou ako atóm vodíka. Bolo zistené experimentálne, že v tomto prípade je potrebných 54,4 eV.

Známe zákony elektrostatiky to hovoriaionizačná energia potrebná na prerušenie spojenia medzi protiľahlými nábojmi (Z a e) za predpokladu, že sú umiestnené vo vzdialenosti R, je fixovaná (určená) pomocou nasledujúcej rovnice: T = Z.e / R

Takáto energia je úmerná veľkosti poplatkov,preto je nepriamo spojená s vzdialenosťou. Je to úplne prirodzené: čím silnejšie sú náboje, tým silnejšie sú sily, ktoré ich spájajú, tým silnejší je úsilie na rozbitie väzby medzi nimi. To isté platí aj pre vzdialenosť: čím je menšia, tým silnejšia bude energia ionizácie, tým viac bude treba použiť vidlicu na prerušenie spojenia.

Toto zdôvodnenie vysvetľuje, prečo je systém atómov so silným jadrovým nábojom stabilnejší a potrebuje viac energie na oddelenie elektrónu.

Hneď je tu otázka: "Ak je jadrový náboj len dvakrát silnejší, prečo nie je ionizačná energia potrebná na oddelenie elektrónov zvýšená o dve, ale o štyri?" Prečo sa rovná dvojnásobnému náboju v štvorci (54,4 / 13,6 = 4)?

Tento rozpor sa vysvetľuje jednoducho. Ak sú náboje Z a e v systéme relatívne vo vzájomnom stave nehybnosti, potom je energia (T) úmerná náboju Z a zvyšujú sa proporcionálne.

Ale v systéme, kde elektrón s nábojom e robí jadrové otáčky s nábojom Z a Z zosilňuje, polomer rotácie R klesá proporcionálne: elektrón sa priťahuje k jadru vyššou silou.

Záver je zrejmý. Ionizačnú energiu pôsobí náboj jadra, vzdialenosť (v polomere) od jadra k najvyššiemu bodu nábojovej hustoty vonkajších elektrónov; odpudivá sila medzi vonkajšími elektrónmi a miera penetračnej sily elektrónu.