Năng lượng ion hóa: tiềm năng, phương pháp xác định

Năng lượng ion hóa là lượng năng lượng tối thiểu, thường được biểu thị bằng đơn vị kilôgam trên mol (kJ / mol), được yêu cầu để tạo ra sự tách rời của một electron nằm trong nguyên tử ở pha khí ở trạng thái của nó cơ bản

Trạng thái khí đề cập đến trạng thái không bị ảnh hưởng mà các nguyên tử khác có thể tự tác động, giống như bất kỳ tương tác liên phân tử nào bị loại bỏ. Độ lớn của năng lượng ion hóa là một tham số để mô tả lực mà một electron được liên kết với nguyên tử mà nó là một phần.

Nói cách khác, lượng năng lượng ion hóa cần thiết càng lớn thì sự tách rời của electron trong câu hỏi sẽ càng phức tạp.

Tiềm năng ion hóa

Khả năng ion hóa của một nguyên tử hoặc phân tử được định nghĩa là lượng năng lượng tối thiểu phải được áp dụng để gây ra sự tách rời của electron khỏi lớp ngoài cùng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và với điện tích trung tính; đó là năng lượng ion hóa.

Cần lưu ý rằng khi nói về tiềm năng ion hóa, một thuật ngữ đã bị vô hiệu hóa đang được sử dụng. Điều này là do trước đây việc xác định tính chất này dựa trên việc sử dụng tiềm năng tĩnh điện cho mẫu quan tâm.

Bằng cách sử dụng tiềm năng tĩnh điện này, hai điều đã xảy ra: sự ion hóa các loài hóa học và gia tốc của quá trình tách electron mà nó muốn loại bỏ.

Vì vậy, khi bắt đầu sử dụng các kỹ thuật quang phổ để xác định, thuật ngữ "tiềm năng ion hóa" đã được thay thế bằng "năng lượng ion hóa".

Ngoài ra, người ta biết rằng tính chất hóa học của các nguyên tử được xác định bởi cấu hình của các electron có mặt ở mức năng lượng bên ngoài nhất trong các nguyên tử này. Sau đó, năng lượng ion hóa của các loài này liên quan trực tiếp đến sự ổn định của các electron hóa trị của chúng.

Phương pháp xác định năng lượng ion hóa

Như đã đề cập trước đây, các phương pháp xác định năng lượng ion hóa chủ yếu được đưa ra bởi các quá trình quang hóa, dựa trên việc xác định năng lượng phát ra từ các điện tử do hậu quả của việc áp dụng hiệu ứng quang điện.

Mặc dù có thể nói rằng quang phổ nguyên tử là phương pháp trực tiếp nhất để xác định năng lượng ion hóa của mẫu, chúng ta cũng có quang phổ quang điện tử, trong đó năng lượng mà các electron được liên kết với các nguyên tử được đo.

Theo nghĩa này, quang phổ tử ngoại quang điện tử (còn được gọi là UPS cho từ viết tắt bằng tiếng Anh) là một kỹ thuật sử dụng sự kích thích của các nguyên tử hoặc phân tử thông qua ứng dụng bức xạ cực tím.

Điều này được thực hiện để phân tích sự chuyển đổi năng lượng của hầu hết các electron bên ngoài trong các loài hóa học được nghiên cứu và đặc điểm của các liên kết mà chúng hình thành.

Quang phổ quang điện tử tia X và bức xạ cực tím cũng được biết đến, chúng sử dụng cùng một nguyên tắc được mô tả ở trên với sự khác biệt về loại bức xạ được đặt trên mẫu, tốc độ của các electron bị phóng ra và độ phân giải thu được.

Năng lượng ion hóa đầu tiên

Trong trường hợp các nguyên tử có nhiều hơn một electron ở cấp độ ngoài cùng của chúng, thì cái gọi là các nguyên tử đa điện tử - giá trị năng lượng cần thiết để bắt đầu electron đầu tiên của nguyên tử ở trạng thái cơ bản được đưa ra bởi phương trình sau:

Năng lượng + A (g) → A + (g) + e-

"A" tượng trưng cho một nguyên tử của bất kỳ nguyên tố nào và electron tách ra được biểu diễn là "e-". Điều này dẫn đến năng lượng ion hóa đầu tiên, được gọi là "I ₁ ".

Có thể thấy, một phản ứng nhiệt nội đang được thực hiện, vì nguyên tử đang được cung cấp năng lượng để thu được một electron được thêm vào cation của nguyên tố đó.

Tương tự như vậy, giá trị của năng lượng ion hóa đầu tiên của các nguyên tố có mặt trong cùng thời kỳ tăng tỷ lệ thuận với sự gia tăng số lượng nguyên tử của chúng.

Điều này có nghĩa là nó giảm dần từ phải sang trái trong một khoảng thời gian và từ trên xuống dưới trong cùng một nhóm của bảng tuần hoàn.

Theo nghĩa này, các khí hiếm có cường độ ion hóa cao, trong khi các nguyên tố thuộc về kim loại kiềm và kiềm thổ có giá trị thấp của năng lượng này.

Năng lượng ion hóa thứ hai

Theo cùng một cách, khi bắt đầu một electron thứ hai từ cùng một nguyên tử, năng lượng ion hóa thứ hai thu được, ký hiệu là "I ₂ ".

Năng lượng + A + (g) → A2 + (g) + e-

Sơ đồ tương tự được áp dụng cho các năng lượng ion hóa khác khi bắt đầu các electron sau, biết rằng, sau khi tách electron khỏi nguyên tử ở trạng thái cơ bản, hiệu ứng đẩy giữa các electron còn lại giảm.

Vì tính chất được gọi là "điện tích hạt nhân" không đổi, nên cần một lượng năng lượng lớn hơn để bắt đầu một electron khác của các loại ion có điện tích dương. Vì vậy, năng lượng ion hóa tăng lên, như được thấy dưới đây:

Tôi ₁ <I ₂ <I ₃ <... <I _n

Cuối cùng, ngoài tác dụng của điện tích hạt nhân, năng lượng ion hóa bị ảnh hưởng bởi cấu hình điện tử (số electron trong vỏ hóa trị, loại quỹ đạo chiếm, v.v.) và điện tích hạt nhân hiệu quả của electron bị tách ra.

Do hiện tượng này, hầu hết các phân tử có tính chất hữu cơ có giá trị năng lượng ion hóa cao.