L'energia de ionització d'un àtom

L'energia de la ionització és la característica principal d'un àtom. Determina la naturalesa i la força dels enllaços químics que poden formar un àtom. Les propietats reductores d'una substància (simple) també depenen d'aquesta característica.

El terme "energia de ionització" és de vegades substituït pel terme "primer potencial d'ionització" (I1), la qual cosa significa que la menor energia que es necessita perquè un electró s'escapi d'un àtom lliure quan es troba en un estat d'energia que es denomina inferior.

En particular, per a un àtom d'hidrogen, també ho és l'energia necessària per separar un electró des d'un protó. Per a àtoms amb diversos electrons hi ha el concepte de segon, tercer, etc. Potencials d'ionització.

L' energia d' ionització d'un àtom d'hidrogen és una suma, un dels quals és l'energia d'un electró i l'altra és l' energia potencial del sistema.

En química, l'energia de l'àtom d'hidrogen es denota amb el símbol "Ea", i la suma de l'energia potencial del sistema i l'energia electrònica es pot expressar mitjançant la fórmula: Ea = E + T = -Ze / 2.R.

Aquesta expressió mostra que l'estabilitat del sistema està directament relacionada amb la càrrega del nucli i la distància entre ell i l'electró. Com més petita sigui aquesta distància, més forta serà la càrrega del nucli, més atrau són, més estable i estable el sistema, més energia s'ha de gastar per trencar aquesta connexió.

És obvi que l'estabilitat dels sistemes es pot comparar en termes del nivell d'energia gastat per destruir el vincle: com més energia, més estable és el sistema.

L'energia de ionització de l'àtom (la força necessària per a la destrucció dels enllaços en un àtom d'hidrogen) es va calcular de forma experimental. Avui es coneix exactament el seu valor: 13.6 eV (volts d'electrons). Més tard, els científics, també amb l'ajuda d'una sèrie d'experiments, van poder calcular l'energia necessària per a la destrucció de l'enllaç d'àtom-electrons en sistemes que consistien en un únic electró i un nucli amb una càrrega el doble d'un àtom d'hidrogen. Es va establir experimentalment que en aquest cas es requereixen 54,4 eV.

Les lleis conegudes de l'electrostàtica diuen que l'energia de ionització necessària per trencar la connexió entre els càrrecs oposats (Z i e), sempre que estiguin situats a una distància R, sigui fixada (determinada) per la següent equació: T = Ze / R.

Aquesta energia és proporcional a la magnitud dels càrrecs i, en conseqüència, està inversament relacionada amb la distància. Això és bastant natural: com més forts siguin els càrrecs, més forts les forces que els connecten, més poderós serà l'esforç per trencar el vincle entre ells. El mateix s'aplica a la distància: com més petit sigui, més forta serà l'energia d'ionització, més fortes hauran d'aplicar-se per trencar la connexió.

Aquest raonament explica per què el sistema d'àtoms amb una càrrega nuclear forta és més estable i necessita més energia per separar l'electró.

Sembla immediatament la pregunta: "Si la càrrega nuclear només és dues vegades més forta, per què és necessària l'energia de ionització necessària per a la separació d'electrons no augmentada per dos, sinó per un factor de quatre?" Per què és igual a la càrrega duplicada presa en el quadrat (54,4 / 13,6 = 4 )? ".

Aquesta contradicció s'explica de manera senzilla. Si els càrrecs Z i e del sistema estan relativament en un estat d'immobilitat mutus, l'energia (T) és proporcional a la càrrega Z, i augmenten proporcionalment.

Però en un sistema on l'electró amb càrrega i fa que les revolucions del nucli amb càrrega Z, i Z amplifiquin, el radi de rotació R disminueix proporcionalment: l'electró és atret pel nucli amb major força.

La conclusió és evident. L'energia de la ionització s'actua per la càrrega del nucli, la distància (en radi) del nucli al punt més alt de la densitat de càrrega de l'electró extern; La força repulsiva entre els electrons exteriors i la mesura de la capacitat penetrant de l'electró.