元素のイオン化エネルギー

イオン化エネルギーについて知っておくべきこと

イオン化エネルギーは、周期表を左から右に移動すると増加し、グループを下に移動すると減少します。ダンカンウォーカー/ゲッティイメージズ

の イオン化エネルギー 、またはイオン化ポテンシャルは、完全に除去するために必要なエネルギーです。 電子 気体原子またはイオンから。電子がより近く、より強く束縛されているほど、 核 、除去するのが難しくなり、イオン化エネルギーが高くなります。

重要ポイント: イオン化エネルギー

• イオン化エネルギーは、気体原子から電子を完全に除去するために必要なエネルギー量です。
• 一般に、最初のイオン化エネルギーは、後続の電子を除去するために必要なエネルギーよりも低くなります。例外があります。
• イオン化エネルギーは、周期表上で傾向を示します。イオン化エネルギーは、一般に、期間または行を横切って左から右に移動すると増加し、要素グループまたは列を上から下に移動すると減少します。

イオン化エネルギーの単位

イオン化エネルギーはエレクトロンボルト (eV) で測定されます。モルイオン化エネルギーは J/mol で表されることもあります。

最初とその後のイオン化エネルギー

最初のイオン化エネルギーは、親原子から電子を 1 個取り除くのに必要なエネルギーです。二番目 イオン化エネルギー は、1 価イオンから 2 番目の価電子を除去して 2 価イオンを形成するのに必要なエネルギーなどです。連続するイオン化エネルギーが増加します。 2 番目のイオン化エネルギーは、(ほとんど) 常に 1 番目のイオン化エネルギーよりも大きくなります。

いくつかの例外があります。ホウ素の第一イオン化エネルギーは、ベリリウムのそれよりも小さい。酸素の第一イオン化エネルギーは、窒素のそれよりも大きい。例外の理由は、それらの電子配置に関係しています。ベリリウムでは、最初の電子は 2s 軌道から来ており、1 つで安定しているように 2 つの電子を保持できます。ホウ素では、最初の電子は 2p 軌道から取り除かれ、3 つまたは 6 つの電子を保持すると安定します。

酸素と窒素をイオン化するために取り除かれた電子は両方とも 2p 軌道に由来しますが、窒素原子は p 軌道 (安定) に 3 つの電子を持ち、酸素原子は 2p 軌道 (安定性が低い) に 4 つの電子を持ちます。

周期表におけるイオン化エネルギーの傾向

イオン化エネルギーは、周期を横切って左から右に移動して増加します (原子半径の減少)。イオン化エネルギーは、グループを下に移動すると減少します (原子半径が増加します)。

グループ I の元素は、電子の損失が 安定したオクテット .電子を取り除くのは難しくなります。 原子半径 電子は一般に、より正に帯電している原子核に近いため、減少します。ある期間における最高のイオン化エネルギー値は、その希ガスの値です。

イオン化エネルギーに関する用語

「イオン化エネルギー」というフレーズは、気相の原子または分子について議論するときに使用されます。他のシステムにも同様の用語があります。

仕事関数 - 仕事関数は、固体の表面から電子を取り除くために必要な最小エネルギーです。

電子結合エネルギー - 電子結合エネルギーは、あらゆる化学種のイオン化エネルギーのより一般的な用語です。中性原子、原子イオン、および 多原子イオン .

イオン化エネルギーと電子親和力

周期表に見られるもう 1 つの傾向は、 電子親和力 .電子親和力は、気相中の中性原子が電子を獲得し、負に帯電したイオンを形成するときに放出されるエネルギーの尺度です ( アニオン ）。イオン化エネルギーは非常に正確に測定できますが、電子親和力の測定はそれほど簡単ではありません。電子を獲得する傾向は、周期表の期間にわたって左から右に移動して増加し、元素グループの上から下に移動して減少します。

通常、電子親和力がテーブルの下に移動するにつれて小さくなる理由は、新しい周期ごとに新しい電子軌道が追加されるためです。価電子は、原子核から離れた場所でより多くの時間を費やします。また、周期表を下に移動するにつれて、原子はより多くの電子を持っています。電子間の反発により、電子を除去しやすくしたり、電子を追加しにくくしたりします。

電子親和力はイオン化エネルギーより小さい値です。これは、ある期間にわたって移動する電子親和力の傾向を見通しに入れます。ヘリウムのような安定した原子は、電子が得られたときのエネルギーの正味の放出ではなく、イオン化を強制するために実際にエネルギーを必要とします。フッ素のようなハロゲンは、別の電子を容易に受け入れます。