Ioniseringsenergi: potensial, metoder for bestemmelse

Joniseringsenergien refererer til den minste mengden energi, vanligvis uttrykt i enheter av kilojoules per mol (kJ / mol) som er nødvendig for å produsere løsningen av en elektron plassert i et atom i gassfase som er i sin tilstand fundamental.

Den gassformige tilstand refererer til tilstanden hvor den er fri for påvirkning som andre atomer kan utøve på seg selv, akkurat som enhver intermolekylær interaksjon blir kastet. Størrelsen på ioniseringsenergien er en parameter for å beskrive den kraften som en elektron er koblet til det atom som den er en del av.

Med andre ord, jo større mengden ioniseringsenergi som trengs, desto mer komplisert vil det være at den elektroniske løsningen løses.

Ioniseringspotensial

Joniseringspotensialet til et atom eller molekyl er definert som den minste mengden energi som må påføres for å forårsake frigjøring av et elektron fra det ytterste lag av atomet i dets grunntilstand og med en nøytral ladning; det vil si ioniseringsenergien.

Det skal bemerkes at når man snakker om ioniseringspotensial, blir det brukt et begrep som har gått i bruk. Dette skyldes at tidligere bestemmelse av denne egenskapen var basert på bruken av et elektrostatisk potensial til prøven av interesse.

Ved å bruke dette elektrostatiske potensialet skjedde to ting: ioniseringen av den kjemiske arten og akselerasjonen av prosessen med frigjøring av elektronen som den ønsket å fjerne.

Så når man begynner å bruke spektroskopiske teknikker for å bestemme seg, har begrepet "ioniseringspotensial" blitt erstattet av "ioniseringsenergi".

Det er også kjent at de kjemiske egenskapene til atomer bestemmes av konfigurasjonen av elektronene tilstede på det høyeste eksterne energinivået i disse atomene. Da er ioniseringsenergien av disse artene direkte relatert til stabiliteten av deres valenselektroner.

Metoder for å bestemme ioniseringsenergien

Som tidligere nevnt er metodene for å bestemme ioniseringsenergien hovedsakelig gitt ved fotoemission prosesser, som er basert på bestemmelsen av den energi som emitteres av elektronene som følge av anvendelsen av den fotoelektriske effekten.

Selv om det kan sies at atomspektroskopi er den mest umiddelbare metoden for bestemmelse av ioniseringsenergien til en prøve, har vi også fotoelektronisk spektroskopi, der energiene som elektronene er koblet til med atomer måles.

I denne forstand er ultrafiolett fotoelektronspektroskopi (også kjent som UPS for dets akronym på engelsk) en teknikk som bruker eksitering av atomer eller molekyler ved anvendelse av ultrafiolett stråling.

Dette gjøres for å analysere energitransisjonene til de mest eksterne elektronene i den studerte kjemiske arten og egenskapene til bindingene de danner.

Røntgenfotoelektronspektroskopi og ekstrem ultrafiolett stråling er også kjent, som bruker det samme prinsippet som beskrevet ovenfor med forskjeller i typen stråling som påvirkes av prøven, hvor raskt elektronene utvises og oppløsningen oppnådd.

Første ioniseringsenergi

Når det gjelder atomer som har mer enn en elektron på sitt ytterste nivå - det er de såkalte polyelektroniske atomer - verdien av energien som er nødvendig for å starte den første elektronen i atomet som er i sin jordtilstand, er gitt av følgende ligning:

Energi + A (g) → A + (g) + e-

"A" symboliserer et atom av ethvert element, og det frittliggende elektron er representert som "e-". Dette resulterer i den første ioniseringsenergien, referert til som "I 1 ".

Som det kan sees utføres en endoterm reaksjon, siden atomet blir forsynt med energi for å oppnå et elektron tilsatt kation av det elementet.

På samme måte øker verdien av den første ioniseringsenergien av elementene som er til stede i samme periode proporsjonalt med økningen i deres atomnummer.

Dette betyr at det senker fra høyre til venstre i en periode, og fra topp til bunn i samme gruppe i det periodiske bordet.

I denne forstand har de edle gassene høye størrelser i deres ioniseringsenergier, mens elementene som tilhører de alkaliske og jordalkalimetaller har lave verdier av denne energien.

Andre ioniseringsenergi

På samme måte, når man starter en andre elektron fra samme atom, oppnås den andre ioniseringsenergien, symbolisert som "I 2 ".

Energi + A + (g) → A2 + (g) + e-

Den samme ordningen følges for de andre ioniseringsenergier ved start av følgende elektroner, idet man vet at etter frakoblingen av elektronen fra et atom i grunntilstanden, reduseres den repulsive effekten mellom de gjenværende elektroner.

Ettersom eiendommen kalt "atomladning" forblir konstant, er det nødvendig med en større mengde energi for å starte en annen elektron av ioniske arter som har positiv ladning. Så ioniseringsenergiene øker, som vist nedenfor:

I 1 <I 2 <I 3 <... <I n

Til slutt, i tillegg til effekten av atomavladningen, påvirkes ioniseringsenergiene av den elektroniske konfigurasjonen (antall elektroner i valensskallet, typen av orbital okkupert etc.) og den effektive nukleare ladningen av elektronen skal løsnes.

På grunn av dette fenomenet har de fleste molekyler av organisk natur høye verdier av ioniseringsenergi.