Ionizační energie atomu

Ionizační energie je hlavní charakteristikou atomu. Určuje povahu a sílu chemické vazby, které jsou schopné tvořit atom. Redukční vlastnosti látky (jednoduché) také závisí na této charakteristice.

Termín "ionizační energie" někdy nahrazuje termín "první ionizační potenciál" (I1), což znamená nejmenší energii, která je potřebná k tomu, aby elektron unikl z volného atomu, když je v takovém stavu energie, který se nazývá nižší.

Zejména pro atom vodíku je taková energie, která je potřebná k oddělení elektronu od protonu. Pro atomy s několika elektrony existuje koncept druhého, třetího, atd. ionizačních potenciálů.

Ionizační energie atom vodíku - je součtem jedné energie energie elektronu a druhá - potenciální energie systému.

V chemii je energie atomu vodíku označena symbolem "Ea" a součet potenciální energie systému a energie elektronu lze vyjádřit vzorcem: Ea = E + T = -Z.e / 2.R.

Tento výraz ukazuje, že stabilita systému přímo souvisí s nábojem jádra a vzdáleností mezi ním a elektronem. Čím je tato vzdálenost menší, tím silnější je náboj jádra, tím silněji jsou přitahovány, tím stabilnější a stabilnější je systém, tím více energie musí být vynaloženo na to, aby přerušilo toto spojení.

Samozřejmě, pokud jde o množství energie vynaložené na přerušení spojení, lze porovnat stabilitu systémů: čím více energie, tím stabilnější je systém.

Ionizační energie atomu (síla, která je nezbytná pro rozdělení vazeb v atomu vodíku) byla vypočtena experimentálně. Dnes je jeho hodnota přesně známá: 13,6 eV (elektronové volty). Později vědci také s pomocí experimentů dokázali vypočítat energii potřebnou k zničení vazby atomů a elektronů v systémech sestávajících z jediného elektronu a jádra s nábojem dvakrát větší než atom vodíku. Bylo zjištěno, že v tomto případě je vyžadováno 54,4 eV.

Známé zákony elektrostatiky říkají, že ionizační energie potřebná k přerušení spojení mezi protilehlými náboji (Z a e) za předpokladu, že jsou umístěna ve vzdálenosti R, je fixována (určena) takovou rovnicí: T = Z.e / R.

Taková energie je úměrná velikosti poplatků a je tedy nepřímo spojena s vzdáleností. To je naprosto přirozené: čím silnější jsou náboje, tím silnější jsou síly, které je spojují, tím silnější je snaha rozdělit vazbu mezi nimi. Totéž platí pro vzdálenost: čím menší je, tím silnější je ionizační energie, tím více vidlic musí být použito pro přerušení spojení.

Toto zdůvodnění vysvětluje, proč je systém atomů se silným jaderným nábojem stabilnější a potřebuje více energie k oddělení elektronu.

Vyvstává okamžitě otázka: "Pokud jaderný náboj jen dvakrát silnější, proč ionizační energie potřebná pro oddělení elektronů není zvýšena o dvě, ale čtyřikrát? Proč se rovná dvojnásobku poplatku na čtverci (54,4 / 13,6 = 4)? ".

Tento rozpor se vysvětluje zcela jednoduše. Pokud jsou náboje Z a e v systému relativně ve vzájemném stavu nehybnosti, pak je energie (T) úměrná náboji Z a poměrně se zvyšuje.

Ale v systému, kde elektron s nábojem e dělá otáčky jádra s nábojem Z, a Z zesílí, poloměr rotace R klesá úměrně: elektron přitahuje k jádru s větší silou.

Závěr je zřejmý. Ionizační energii působí náboj jádra, vzdálenost (v poloměru) od jádra k nejvyššímu bodu hustoty náboje vnějších elektronů, odpuzující síla mezi vnějšími elektrony a míra pronikající schopnosti elektronu.