İyonlaşma Enerjisi

Temel halde gaz fazında bir atomun son katmanındaki bir elektronu koparmak için harcanan enerjiye iyonlaşma enerjisi denir (IE₁). Bir element için ilk iyonizasyon enerjisi, X, +1 yüklü katyon oluşturmak için gereken enerjidir:

Bir elektronu uzaklaştırılmış bir iyondan, ikinci bir elektronu uzaklaştırmak için gerekli olan enerjiye ikinci iyonlaşma enerjisi denir (IE₂).

Üçüncü elektronu çıkarmak için gereken enerji üçüncü iyonlaşma enerjisidir ve böyle devam eder. Elektronları atomlardan veya iyonlardan çıkarmak için enerji her zaman gereklidir, bu nedenle iyonizasyon işlemleri endotermiktir ve IE değerleri her zaman pozitiftir. For larger atoms, the most loosely bound electron is located farther from the nucleus and so is easier to remove. Thus, as size (atomic radius) increases, the ionization energy should decrease. 

Periyodik tabloda, IE₁ genellikle artan Z iel artar. Aşağı doğru inildikçe, the IE₁ değeri genellikle artan Z ile azalır. Bununla birlikte, bu eğilimden bazı sistematik sapmalar vardır. Borun proton sayısının bir fazla olmasına rağmen, borun iyonlaşma enerjisinin (atom numarası 5) berilyumdan (atom numarası 4) daha az olduğunu unutmayın. Bu, penetrasyon ve koruma nedeniyle alt kabukların enerjisinin l arttıkça artmasıyla açıklanabilir. Herhangi bir kabuk içinde, s elektronları, p elektronlarından daha düşük enerjilidir. Bu, bir atomun s elektronunun, aynı kabuğundaki p elektronundan çıkarmak daha zor olduğu anlamına gelir. Berilyumun ([He]2s²) iyonlaşması sırasında çıkarılan elektronu bir s elektron iken, Borun ([He]2s²2p¹) iyonlaşması sırasında çıkarılan elektronu bir p elektronudur. Bu, nükleer yükünin bir proton fazla olmasına rağmen, bor için daha düşük ilk iyonlaşma enerjisine neden olur. Böylece, her yeni bir alt kabuk başladığında öngörülen eğilimden küçük bir sapma görüyoruz.

Başka bir sapma, orbitallerin yarısından fazlası dolduğunda ortaya çıkar. Oksijen için ilk iyonizasyon enerjisi, periyodik tablo boyunca IE₁ değerlerinin artma eğilimine rağmen, azotdan biraz daha azdır. Oksijen için, bir elektronun çıkarılması, elektronların 2p orbitalinde eşleştirilmesinden kaynaklanan elektron-elektron itişini ortadan kaldıracak ve yarı dolu bir orbitalle sonuçlanacaktır (enerjisel olarak elverişlidir). Benzer değişiklikler sonraki dönemlerde ortaya çıkar.

Bir elektronun katyondan çıkarılması, katyonda daha büyük elektrostatik çekim olmasından dolayı nötr atomdan bir elektronun çıkarılmasından daha zordur. Benzer şekilde, bir elektronun daha yüksek pozitif yüke sahip katyondan çıkarılması, bir elektronun daha düşük yüke sahip bir iyondan çıkarılmasından daha zordur. Böylece, bir element için ardışık iyonlaşma enerjileri her zaman artar. Tablo 1’de görüldüğü gibi, her bir element için iyonlaşma enerjilerinde büyük bir artış vardır. Bu sıçrama, değerlik elektronlarından daha zor olan çekirdek elektronların çıkarılmasına karşılık gelir. Örneğin, Sc ve Ga’nın her ikisi de üç değerlik elektronuna sahiptir, bu nedenle iyonizasyon enerjisindeki hızlı artış üçüncü iyonizasyondan sonra gerçekleşir.

Tablo 1: Seçilmiş Elementler için Ardışık İyonlaşma Enerjileri (kJ/mol)

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: OpenStax Chemistry 2e, Section 6.5: Periodic Variations in Element Properties.