Енергія іонізації атома

Енергія іонізації - основна характеристика атома. Саме вона визначає природу і міцність хімічних зв`язків, які здатний утворювати атом. Відновні властивості речовини (простого) також залежать від цієї характеристики.

Поняття «енергія іонізації» іноді замінюють поняттям «перший іонізаційний потенціал» (I1), маючи на увазі під цим найменшу енергію, яка потрібна для того, щоб електрон віддалився від вільного атома, коли той перебуває в такому стані енергії, яке називається нижчим.

Зокрема, для атома водню так називають енергію, яка потрібна для відриву електрона від протона. Для атомів з декількома електронами існує поняття другого, третього і т.д. іонізаційних потенціалів.

Енергія іонізації атома водню - це сума, одним доданком якої є енергія електрона, а іншим - потенційна енергія системи.

У хімії енергія атома водню позначається символом «Ea», а суму потенційної енергії системи і енергії електрона можна виразити формулою: Ea = E + T = -Ze / 2.R.

З цього виразу видно, що стабільність системи безпосередньо пов`язана з зарядом ядра і відстані між ним і електроном. Чим менше ця відстань, чим сильніше заряд ядра, тим сильніше вони притягуються, тим стабільніше і стійкіше система, тим більша кількість енергії необхідно витратити на розрив цього зв`язку.

Очевидно, що за рівнем витраченої для руйнування зв`язку енергії можна порівнювати стабільність систем: чим більше енергія, тим стабільніше система.

Енергія іонізації атома - (сила, яка необхідна для руйнування зв`язків в атомі водню) була розрахована експериментальним шляхом. Сьогодні її значення відомо точно: 13,6 еВ (електронвольт). Пізніше вчені, також за допомогою цілої серії експериментів, зуміли розрахувати енергію, необхідну для руйнування зв`язку атом - електрон в системах, що складаються з єдиного електрона і ядра з зарядом, в два рази перевищує заряд атома водню. Експериментальним шляхом встановлено, що в такому випадку потрібно 54,4 електронвольт.

Відомі закони електростатики свідчать, що енергія іонізації, необхідної для того, щоб розірвати зв`язок між противоположенного зарядами (Z і е), за умови, що вони розташовані на відстані R, фіксується (визначається) таким рівнянням: T = Ze / R.

Така енергія пропорційна величині зарядів і, відповідно, знаходиться в зворотній залежності до відстані. Це цілком природно: чим сильніше заряди, тим сильніше сили з`єднують їх, тим потужніше зусилля потрібно докласти, щоб зруйнувати зв`язок між ними. Це ж стосується і відстані: чим воно менше, тим сильніше енергія іонізації, тим більше вил доведеться докласти для руйнування зв`язку.

Це міркування пояснює, чому система атомів з сильним зарядом ядра стабільніше і потребує більшої енергії для відриву електрона.

Відразу виникає питання: "Якщо заряд ядра тільки вдвічі сильніше, чому енергія іонізації, необхідна для відриву електрона, збільшується не в два, а в чотири рази? Чому вона дорівнює подвоєному заряду, взятому в квадрат (54,4 / 13,6 = 4)? ".

Це протиріччя пояснюється досить просто. Якщо заряди Z і е в системі знаходяться відносно у взаємному стані нерухомості, то енергія (Т) пропорційна заряду Z, а збільшуються вони пропорційно.

Але в системі, де електрон із зарядом е робить обороти ядра з зарядом Z, а Z посилюється, пропорційно зменшується радіус обертання R: електрон з більшою силою притягується до ядра.

Висновок очевидний. На енергію іонізації діє заряд ядра, відстань (по радіусу) від ядра до вищої точки зарядовим щільності зовнішнього електрона-сила відштовхування між зовнішніми електронами і міра проникаючої здатності електрона.