Когда дело доходит до химии, трудно представить более знакомое изображение, чем плотно упакованное ядро из протонов и нейтронов, окруженное электронами на их орбиталях. Если вам нужно сравнить энергии ионизации для разных элементов, это понимание структуры атома является отличной отправной точкой.

Что такое энергия ионизации?

Для любого атома энергия ионизации (иногда называемая потенциалом ионизации) представляет собой количество энергии, необходимое для сбрасывания одного электрона с моля атомов газовой фазы. Удаление одного электрона из нейтрального атома оставляет положительно заряженный ион элемента, называемый катионом, плюс потерянный электрон.

Многие элементы могут потерять более одного электрона, поэтому образование катиона 1+ фактически является первой энергией ионизации, тогда как последующие потери электронов образуют катион 2+ или катион 3+ (или более) и являются второй энергией ионизации и третьей энергией ионизации, соответственно.

Первая энергия ионизации удаляет самый свободный электрон из нейтрального атома, и число протонов, оказывающих силу притяжения на оставшиеся электроны, не изменяется. Это означает, что удаление второго электрона будет более трудным и потребует больше энергии. Следовательно, вторая энергия ионизации всегда будет больше значения, чем первая энергия ионизации. Ученые выражают энергию ионизации в джоулях или электрон-вольтах.

Энергия ионизации и периодическая таблица

Можно посмотреть на периодическую таблицу и заметить тренды энергии ионизации. Как правило, энергия ионизации всегда уменьшается при перемещении от верхней части диаграммы к нижней части диаграммы и увеличивается при перемещении от левой части диаграммы к правой стороне диаграммы. Это означает, что элемент гелий (He), который является верхним элементом в крайней правой части периодической таблицы, имеет гораздо более высокую энергию ионизации, чем элемент франций (Fr), который находится в нижней части первого столбца на левая сторона периодической таблицы.

Причины этих тенденций просты. Элементы в нижней части периодической таблицы имеют большее количество орбиталей. Это означает, что внешние электроны находятся дальше от ядра и поэтому их легче потерять, что приводит к снижению энергии ионизации. Электроны элементов в левой части таблицы Менделеева также немного легче потерять, поскольку в этих элементах меньше протонов. Например, водород (H) в левой части таблицы Менделеева содержит только один протон, а гелий (He) в правой части таблицы Менделеева содержит два протона. Этот второй протон увеличивает силу притяжения, удерживающую электроны гелия, поэтому энергия ионизации выше.

Сравнение энергий ионизации

Понимание энергии ионизации важно, потому что она отражает способность элемента участвовать в некоторых химических реакциях или образовывать некоторые соединения. Если вы должны определить, какой элемент из списка имеет наибольшую энергию ионизации, найдите размещения элементов в периодической таблице. Помните, что элементы в верхней части периодической таблицы и далее справа от периодической таблицы имеют более высокие энергии ионизации. Вы можете легко найти периодические таблицы, в которых перечислены отдельные энергии ионизации для каждого элемента, чтобы помочь вам в этой задаче.