Ionisierungsenergie: Potential, Methoden zu seiner Bestimmung
Die Ionisierungsenergie bezieht sich auf die minimale Energiemenge, üblicherweise ausgedrückt in Einheiten von Kilojoule pro Mol (kJ / mol), die erforderlich ist, um die Ablösung eines Elektrons in einem Atom in der Gasphase in seinem Zustand zu erzeugen grundlegend
Der gasförmige Zustand bezieht sich auf den Zustand, in dem er frei von dem Einfluss ist, den andere Atome auf sich selbst ausüben können, genau wie jede intermolekulare Wechselwirkung verworfen wird. Die Größe der Ionisierungsenergie ist ein Parameter zur Beschreibung der Kraft, mit der ein Elektron an das Atom gebunden ist, zu dem es gehört.
Mit anderen Worten, je größer die benötigte Menge an Ionisierungsenergie ist, desto komplizierter wird die Ablösung des betreffenden Elektrons.
Ionisationspotential
Das Ionisationspotential eines Atoms oder Moleküls ist definiert als die minimale Energiemenge, die angewendet werden muss, um die Ablösung eines Elektrons von der äußersten Schicht des Atoms in seinem Grundzustand und mit einer neutralen Ladung zu bewirken. das heißt, die Ionisierungsenergie.
Es ist anzumerken, dass, wenn von Ionisationspotential gesprochen wird, ein Begriff verwendet wird, der nicht mehr verwendet wird. Dies liegt daran, dass die Bestimmung dieser Eigenschaft zuvor auf der Verwendung eines elektrostatischen Potentials für die interessierende Probe beruhte.
Unter Verwendung dieses elektrostatischen Potentials traten zwei Dinge auf: die Ionisierung der chemischen Spezies und die Beschleunigung des Ablösungsprozesses des Elektrons, das entfernt werden sollte.
Zu Beginn der Verwendung von spektroskopischen Techniken zur Bestimmung wurde der Begriff "Ionisationspotential" durch "Ionisationsenergie" ersetzt.
Es ist auch bekannt, dass die chemischen Eigenschaften von Atomen durch die Konfiguration der Elektronen bestimmt werden, die in diesen Atomen auf dem äußersten Energieniveau vorliegen. Dann hängt die Ionisierungsenergie dieser Spezies direkt mit der Stabilität ihrer Valenzelektronen zusammen.
Methoden zur Bestimmung der Ionisierungsenergie
Wie bereits erwähnt, werden die Methoden zur Bestimmung der Ionisierungsenergie hauptsächlich durch Photoemissionsprozesse vorgegeben, die auf der Bestimmung der von den Elektronen als Folge der Anwendung des photoelektrischen Effekts abgegebenen Energie beruhen.
Man könnte zwar sagen, dass die Atomspektroskopie die unmittelbarste Methode zur Bestimmung der Ionisierungsenergie einer Probe ist, aber es gibt auch eine photoelektronische Spektroskopie, bei der die Energien gemessen werden, mit denen die Elektronen an Atome gebunden sind.
In diesem Sinne ist die Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (im Englischen auch UPS genannt) eine Technik, die die Anregung von Atomen oder Molekülen durch Anwendung von Ultraviolettstrahlung nutzt.
Dies geschieht, um die Energieübergänge der meisten externen Elektronen in der untersuchten chemischen Spezies und die Eigenschaften der Bindungen, die sie bilden, zu analysieren.
Es sind auch Röntgenphotoelektronenspektroskopie und extreme Ultraviolettstrahlung bekannt, die dasselbe oben beschriebene Prinzip anwenden, mit Unterschieden in der Art der Strahlung, die auf die Probe auftrifft, der Geschwindigkeit, mit der die Elektronen ausgestoßen werden, und der Auflösung erhalten.
Erste Ionisierungsenergie
Bei Atomen, die mehr als ein Elektron in ihrer äußersten Ebene haben - das sind die sogenannten polyelektronischen Atome -, ist der Wert der Energie, die erforderlich ist, um das erste Elektron des Atoms in seinem Grundzustand zu starten, durch die gegeben folgende Gleichung:
Energie + A (g) → A + (g) + e-
"A" symbolisiert ein Atom eines Elements und das abgelöste Elektron wird als "e-" dargestellt. Dies führt zu der ersten Ionisierungsenergie, die als "I 1 " bezeichnet wird.
Wie zu sehen ist, wird eine endotherme Reaktion durchgeführt, da das Atom mit Energie versorgt wird, um ein Elektron zu erhalten, das dem Kation dieses Elements hinzugefügt wird.
Ebenso steigt der Wert der ersten Ionisierungsenergie der im gleichen Zeitraum vorhandenen Elemente proportional zur Zunahme ihrer Ordnungszahl.
Dies bedeutet, dass es in einem Zeitraum von rechts nach links und in derselben Gruppe des Periodensystems von oben nach unten abnimmt.
In diesem Sinne weisen die Edelgase hohe Ionisierungsenergien auf, während die zu den Alkali- und Erdalkalimetallen gehörenden Elemente niedrige Werte dieser Energie aufweisen.
Zweite Ionisierungsenergie
Auf die gleiche Weise wird beim Starten eines zweiten Elektrons von demselben Atom die zweite Ionisierungsenergie erhalten, die als "I 2 " symbolisiert wird.
Energie + A + (g) → A2 + (g) + e-
Dasselbe Schema gilt für die anderen Ionisierungsenergien, wenn die folgenden Elektronen gestartet werden, da bekannt ist, dass nach dem Ablösen des Elektrons von einem Atom im Grundzustand der Abstoßungseffekt zwischen den verbleibenden Elektronen abnimmt.
Da die als "Kernladung" bezeichnete Eigenschaft konstant bleibt, ist eine größere Energiemenge erforderlich, um ein anderes Elektron der Ionenspezies mit der positiven Ladung zu starten. Die Ionisierungsenergien steigen also wie folgt an:
I 1 <I 2 <I 3 <... <I n
Zusätzlich zur Wirkung der Kernladung werden die Ionisierungsenergien durch die elektronische Konfiguration (Anzahl der Elektronen in der Valenzhülle, Art des besetzten Orbitals usw.) und die effektive Kernladung des abzulösenden Elektrons beeinflusst.
Aufgrund dieses Phänomens weisen die meisten Moleküle organischer Natur hohe Werte der Ionisierungsenergie auf.
