Die Ionisationsenergie einer chemischen Art, d. h. ein Atom oder Molekül, ist die Energie, die erforderlich ist, Elektronen von gasartigen Atomen oder Ionen zu entfernen.

Das Eigentum wird abwechselnd noch häufig das Ionisationspotenzial genannt, das in Volt gemessen ist. In der Chemie bezieht es sich häufig auf einen Maulwurf einer Substanz (Mahlzahn-Ionisationsenergie oder enthalpy) und hat in kJ/mol berichtet. In der Atomphysik wird die Ionisationsenergie normalerweise im Einheitselektronvolt (eV) gemessen. Große Atome oder Moleküle haben eine niedrige Ionisationsenergie, während kleine Moleküle dazu neigen, höhere Ionisationsenergien zu haben.

Die Ionisationsenergie ist für Elektronen von verschiedenem atomarem oder molekularem orbitals verschieden. Mehr allgemein ist die n-te Ionisationsenergie die Energie, die erforderlich ist, das n-te Elektron auszuziehen, nachdem die ersten Elektronen entfernt worden sind. Ionisationsenergien für alle klagen Staaten aller Elemente mit Atomnummern daran an, und unter dieser der Leitung werden in den Atomdaten und der Analyse-Struktur (ADAS) Datenbank tabellarisiert. Es wird als ein Maß der Tendenz eines Atoms oder Ions betrachtet, um ein Elektron oder die Kraft der Elektronschwergängigkeit zu übergeben; je größer die Ionisationsenergie, desto schwieriger es ein Elektron entfernen soll. Die Ionisationsenergie kann ein Hinweis der Reaktionsfähigkeit eines Elements sein. Elemente mit einer niedrigen Ionisationsenergie neigen dazu, Reagenzien zu reduzieren und cations zu bilden, die sich der Reihe nach mit Anionen verbinden, um Salze zu bilden.

Elektronbindungsenergie (BE) ist genauer die Energie, die erforderlich ist, ein Elektron von seinem atomaren oder Augenhöhlen-wenn adsorbiertem molekularem zu einer Oberfläche aber nicht einem freien Atom zu veröffentlichen. Bindungsenergie-Werte werden normalerweise als positive Werte mit Einheiten von eV berichtet. Die Bindungsenergien 1s Elektronen sind zu (z-1) ² (das Gesetz von Moseley) grob proportional.

Werte und Tendenzen

:Main-Artikel: Mahlzahn-Ionisationsenergien der Elemente

Allgemein (n+1) th Ionisationsenergie ist größer als die n-te Ionisationsenergie. Immer schließt die folgende Ionisationsenergie das Entfernen eines Elektrons von einem Augenhöhlennäheren bis den Kern ein. Elektronen im näheren orbitals erfahren größere Kräfte der elektrostatischen Anziehungskraft; so verlangt ihre Eliminierung zunehmend mehr Energie. Ionisationsenergie wird größer und rechts vom Periodensystem.

Einige Werte für Elemente der dritten Periode werden im folgenden Tisch gegeben:

Große Sprünge in den aufeinander folgenden Mahlzahn-Ionisationsenergien kommen vor, wenn sie edle Gaskonfigurationen passieren. Zum Beispiel, wie im Tisch oben gesehen werden kann, sind die ersten zwei Mahlzahn-Ionisationsenergien von Magnesium (die zwei 3s Elektronen von einem Magnesium-Atom abziehend), viel kleiner als das dritte, das das Ausziehen eines 2-Punkt-Elektrons von der sehr stabilen Neonkonfiguration des Mg verlangt.

Ionisationsenergie ist auch eine periodische Tendenz innerhalb der Periodensystem-Organisation. Sich verlassen zu direkt innerhalb einer Periode oder aufwärts innerhalb einer Gruppe bewegend, nimmt die erste Ionisationsenergie allgemein zu. Als der Atomradius abnimmt, wird es härter, ein Elektron zu entfernen, das an einem positiver beladenen Kern näher ist.

Ionisation enthalpy nimmt vom linken bis direkt in einer Periode und Abnahmen von oben bis unten in einer Gruppe zu.

Elektrostatische Erklärung

Atomionisationsenergie kann durch eine Analyse mit dem elektrostatischen Potenzial und dem Modell von Bohr des Atoms wie folgt vorausgesagt werden.

Denken Sie ein Elektron der Anklage-e und einen Atomkern mit der Anklage +Ze, wo Z die Zahl von Protonen im Kern ist. Gemäß dem Modell von Bohr, wenn sich das Elektron nähern und mit dem Atom binden sollte, würde es kommen, um sich an einem bestimmten Radius a auszuruhen. Das elektrostatische Potenzial V in der Entfernung vom ionischen Kern, der zu einem Punkt ungeheuer weit weg Verweise angebracht ist, ist:

Da das Elektron negativ beladen wird, wird es nach innen durch dieses positive elektrostatische Potenzial gezogen. Die für das Elektron erforderliche Energie, "zu klettern" und das Atom zu verlassen, ist:

Diese Analyse ist unvollständig, weil sie die Entfernung als eine unbekannte Variable verlässt. Es kann strenger durch das Zuweisen jedem Elektron jedes chemischen Elements einer charakteristischen Entfernung, gewählt gemacht werden, so dass diese Beziehung mit experimentellen Angaben übereinstimmt.

Es ist möglich, dieses Modell beträchtlich durch die Einnahme einer halbklassischen Annäherung auszubreiten, in der Schwung gequantelt wird. Diese Annäherung arbeitet sehr gut für das Wasserstoffatom, das nur ein Elektron hat. Der Umfang des winkeligen Schwungs für eine kreisförmige Bahn ist:

Die Gesamtenergie des Atoms ist die Summe der kinetischen und potenziellen Energien, die ist:

Geschwindigkeit kann vom kinetischen Energiebegriff durch das Setzen der der Zentripetalkraft gleichen Ampere-Sekunde-Anziehungskraft beseitigt werden, gebend:

Den winkeligen Schwung für v und das Ersetzen davon in den Ausdruck für die kinetische Energie lösend, haben wir:

Das gründet die Abhängigkeit des Radius auf n. Das ist:

Jetzt kann die Energie in Bezug auf Z, e, und r gefunden werden. Mit dem neuen Wert für die kinetische Energie in der Gesamtenergie-Gleichung oben wird es dass gefunden:

An seinem kleinsten Wert ist n 1 gleich, und r ist der Radius von Bohr a. Jetzt kann die Gleichung für die Energie in Bezug auf den Radius von Bohr gegründet werden. Das Tun gibt so das Ergebnis:

Mit dem Quant mechanische Erklärung

Gemäß der mehr ganzen Theorie der Quant-Mechanik wird die Position eines Elektrons am besten als ein Wahrscheinlichkeitsvertrieb beschrieben. Die Energie kann durch die Integrierung über diese Wolke berechnet werden. Die zu Grunde liegende mathematische Darstellung der Wolke ist der wavefunction, der von Schieferdecker-Determinanten gebaut wird, die aus der molekularen Drehung orbitals bestehen. Diese sind durch den Ausschluss-Grundsatz von Pauli mit den antisymmetrized Produkten des atomaren oder molekularen orbitals verbunden.

Im Allgemeinen verlangt das Rechnen der n-ten Ionisationsenergie das Rechnen der Energien und Elektronsysteme. Das Rechnen dieser Energien ist genau abgesehen von den einfachsten Systemen (d. h. Wasserstoff) in erster Linie wegen Schwierigkeiten nicht möglich, die Korrelationsbegriffe zu integrieren. Deshalb werden Annäherungsmethoden mit verschiedenen Methoden alltäglich verwendet, die sich in der Kompliziertheit (rechenbetonte Zeit) und in der Genauigkeit im Vergleich zu empirischen Daten ändern. Das ist ein gut studiertes Problem geworden und wird in der rechenbetonten Chemie alltäglich getan. Am Tiefststand der Annäherung wird die Ionisationsenergie durch den Lehrsatz von Koopmans zur Verfügung gestellt.

Vertikale und adiabatische Ionisationsenergie in Molekülen

Die Ionisation von Molekülen führt häufig zu Änderungen in der molekularen Geometrie, und zwei Typen (der ersten) Ionisationsenergie werden - adiabatisch und vertikal definiert. Die adiabatische Ionisationsenergie eines Moleküls ist der Unterschied zwischen den Energien des neutralen Moleküls und seines positiven Ions, jedes in seinem Schwingboden-Staat, und vielleicht mit der verschiedenen Gleichgewicht-Geometrie.

Die vertikale Ionisationsenergie ist die Energie, die erforderlich ist, ein positives Ion mit derselben Geometrie wie das neutrale Molekül entsprechend einem vertikalen Übergang auf einem Diagramm der potenziellen Energie als eine Funktion der Geometrie zu bilden. Solche Ionisation wird häufig durch die Schwingerregung begleitet. Gemäß dem Grundsatz von Franck-Condon ist vertikale Ionisation am wahrscheinlichsten, da sich Elektronen viel schneller bewegen, als Kerne und das ionisierte Elektron fortgehen, bevor die Kerne Zeit haben, um ihre Position anzupassen.

Für ein diatomic Molekül wird die Geometrie durch eine Band-Länge definiert. Die Eliminierung eines Elektrons von einem Abbinden molekular Augenhöhlen-schwächt das Band und vergrößert die Band-Länge. In der Abbildung 1 ist die niedrigere potenzielle Energiekurve für das neutrale Molekül als eine Funktion der Band-Länge. Die horizontalen Linien sind Schwingniveaus mit ihren verbundenen Schwingwelle-Funktionen. Die obere Kurve ist der ionisierte Staat mit seiner minimalen Energie weiter nach rechts, da die Band-Länge im Ion größer ist. Die adiabatische Ionisation ist der diagonale Übergang zum Schwingboden-Staat des Ions. Vertikale Ionisation ist mit Schwingerregung des ionischen Staates verbunden und verlangt deshalb größere Energie.

Siehe auch

• Bragg-graue Höhle-Theorie
• Elektronegativität
• Ionisation
• Die Arbeitsfunktion ist die Energie, die erforderlich ist, ein Elektron von einem Festkörper abzuziehen.
• Ion
• Der Lehrsatz von Koopmans
• Di-Wolfram tetra (hpp) hat die niedrigste registrierte Ionisationsenergie für eine stabile chemische Zusammensetzung.
• Elektronsympathie
• Länge von Debye
• Ionisationsenergien der Elemente (Datenseite)