Die Ionisierungsenergie eines Atoms
Die Ionisationsenergie ist das Hauptmerkmal des Atoms. Sie bestimmt die Art und Stärke der chemischen Bindungen, die ein Atom bilden können. Die reduzierenden Eigenschaften einer Substanz (einfach) hängen auch von dieser Eigenschaft ab.
Der Begriff "Ionisationsenergie" ersetzt manchmalder Begriff "erstes Ionisierungspotential" (I1), also die kleinste Energie, die ein Elektron braucht, um sich von einem freien Atom zu entfernen, wenn es sich in einem Zustand der niedrigeren Energie befindet.
Dies wird insbesondere für ein Wasserstoffatom genanntdie Energie, die benötigt wird, um ein Elektron von einem Proton zu lösen. Für Atome mit mehreren Elektronen gibt es das Konzept der zweiten, dritten usw. Ionisationspotentiale.
Die Ionisationsenergie eines Wasserstoffatoms ist eine Summe, von der eine Komponente die Energie eines Elektrons ist und die andere die potentielle Energie des Systems.
In der Chemie wird die Energie des Wasserstoffatoms durch das Symbol "Ea" bezeichnet, und die Summe der potentiellen Energie des Systems und der Energie des Elektrons kann durch die Formel ausgedrückt werden: Ea = E + T = -Ze / 2R.
Aus diesem Ausdruck kann man die Stabilität sehenSystem ist direkt mit der Ladung des Kerns und der Entfernung zwischen ihm und dem Elektron verbunden. Je kleiner dieser Abstand ist, je stärker die Ladung des Kerns ist, desto stärker werden sie angezogen, je stabiler und stabiler das System ist, desto mehr Energie muss ausgegeben werden, um diese Verbindung zu unterbrechen.
Offensichtlich kann man in Bezug auf die Menge an Energie, die zum Aufbrechen der Verbindung aufgewendet wird, die Stabilität von Systemen vergleichen: Je mehr Energie, desto stabiler das System.
Die Ionisationsenergie eines Atoms ist (eine Kraft, dienotwendig für die Zerstörung von Bindungen in einem Wasserstoffatom) wurde experimentell berechnet. Heute ist sein Wert genau bekannt: 13,6 eV (Elektronenvolt). Später konnten Wissenschaftler mit Hilfe einer Reihe von Experimenten die Energie berechnen, die erforderlich ist, um die Atom-Elektronen-Bindung in Systemen zu zerstören, die aus einem einzelnen Elektron und einem Kern mit einer doppelten Ladung eines Wasserstoffatoms bestehen. Es wurde experimentell festgestellt, dass in diesem Fall 54,4 eV benötigt werden.
Bekannte Gesetze der Elektrostatik sagen dasdie Ionisationsenergie, die notwendig ist, um die Verbindung zwischen den entgegengesetzten Ladungen (Z und e) zu unterbrechen, vorausgesetzt, dass sie sich in einem Abstand R befinden, wird durch die folgende Gleichung festgelegt (bestimmt): T = Z.e / R.
Eine solche Energie ist proportional zur Größe der Ladungen undist dementsprechend umgekehrt proportional zur Entfernung. Das ist ganz natürlich: Je stärker die Ladungen, desto stärker die Kräfte, die sie verbinden, desto stärker ist die Anstrengung, um die Bindung zwischen ihnen zu brechen. Gleiches gilt für die Entfernung: Je kleiner es ist, desto stärker ist die Ionisationsenergie, desto mehr Gabeln müssen angelegt werden, um die Verbindung zu unterbrechen.
Diese Argumentation erklärt, warum das System von Atomen mit einer starken Kernladung stabiler ist und mehr Energie benötigt, um das Elektron zu lösen.
Sofort gibt es eine Frage: "Wenn die Kernladung nur doppelt so stark ist, warum wird die für die Elektronenablösung notwendige Ionisationsenergie nicht um zwei, sondern um einen Faktor vier erhöht?" Warum ist sie gleich der doppelten Ladung in Quadrat (54,4 / 13,6 = 4)? ".
Dieser Widerspruch erklärt sich ganz einfach. Wenn die Ladungen Z und e in dem System relativ in einem gegenseitigen Zustand der Unbeweglichkeit sind, dann ist die Energie (T) proportional zur Ladung Z und sie steigen proportional an.
Aber in einem System, in dem das Elektron mit Ladung e die Kernumdrehungen mit Ladung Z und Z verstärkt, nimmt der Rotationsradius R proportional ab: Das Elektron wird mit größerer Kraft zum Kern gezogen.
Die Schlussfolgerung ist offensichtlich. Auf die Ionisationsenergie wirkt die Ladung des Kerns, der Abstand (im Radius) vom Kern zum höchsten Punkt der Ladungsdichte des äußeren Elektrons; die abstoßende Kraft zwischen den äußeren Elektronen und das Maß der Durchdringungskraft des Elektrons.
