Definice druhé ionizační energie

Druhá ionizační energie je definována rovnicí:

Je to energie potřebná k odstranění druhého elektronu z každého iontu v 1 molu plynných 1+ iontů za vzniku plynných 2+ iontů.

Další ionizační energie

Můžete pak mít tolik po sobě jdoucích ionizačních energií, kolik je elektronů v původním atomu.

První čtyři ionizační energie například hliníku jsou dány vztahem

		1. I.E. = 577 kJ mol-1
		2. I.E. = 1820 kJ mol-1
		3. i.e. = 2740 kJ mol-1
		4. i.e.E. = 11600 kJ mol-1

Pro vytvoření iontu Al3+(g) z Al(g) byste museli dodat:

577 + 1820 + 2740 = 5137 kJ mol-1

To je hodně energie. Proč tedy hliník tvoří ionty Al3+?“

Může je tvořit pouze tehdy, pokud může tuto energii odněkud získat zpět, a zda je to možné, závisí na tom, s čím reaguje.

Příklad pokud hliník reaguje s fluorem nebo kyslíkem, může tuto energii získat zpět při různých změnách zahrnujících fluor nebo kyslík – a tak fluorid hlinitý nebo oxid hlinitý obsahují ionty Al3+.

Pokud reaguje s chlorem, nemůže získat zpět dostatek energie, a tak pevný bezvodý chlorid hlinitý vlastně není iontový – místo toho tvoří kovalentní vazby.

Proč hliník netvoří ionty Al4+? Čtvrtá ionizační energie je ve srovnání s prvními třemi obrovská a neexistuje nic, s čím by hliník mohl reagovat a co by mu umožnilo získat toto množství energie navíc.

Proč se po sobě jdoucí ionizační energie zvětšují?

Po odebrání prvního elektronu vám zůstane kladný ion. Pokus o odstranění záporného elektronu z kladného iontu bude obtížnější než jeho odstranění z atomu. Odstranění elektronu z iontu 2+ nebo 3+ (atd.) bude postupně obtížnější.

Proč je čtvrtá ionizační energie hliníku tak velká?

Elektronická struktura hliníku je 1s22s22p63s23px1. První tři elektrony, které se odstraní, jsou tři elektrony na orbitalech 3p a 3s. Jakmile zmizí, čtvrtý elektron se odstraní z hladiny 2p – je mnohem blíže jádru a je stíněn pouze elektrony 1s2 (a do jisté míry i 2s2).

Pomocí ionizačních energií zjistíme, ve které skupině se prvek nachází

Tento velký skok mezi dvěma po sobě jdoucími ionizačními energiemi je typický pro náhlý průnik do vnitřní hladiny. Toho můžete využít k tomu, abyste z po sobě jdoucích ionizačních energií zjistili, ve které skupině periodické tabulky se prvek nachází.

Hořčík (1s22s22p63s2) je ve 2. skupině periodické tabulky a má po sobě jdoucí ionizační energie:

Zde velký skok nastává po druhé ionizační energii. Znamená to, že existují dva elektrony, které lze relativně snadno odstranit (elektrony 3s2), zatímco třetí je mnohem obtížnější (protože pochází z vnitřní hladiny – blíže k jádru a s menším stíněním).

Křemík (1s22s22p63s23px13py1) je ve 4. skupině periodické tabulky a má postupné ionizační energie:

Zde velký skok nastává po odstranění čtvrtého elektronu. První 4 elektrony pocházejí z orbitalů 3. úrovně, pátý z 2. úrovně.

Poučení z toho všeho:

Počítejte snadné elektrony – ty až do velkého skoku (ale bez něj). To je totéž jako číslo skupiny.

Další příklad:

Rozhodněte, ve které skupině je atom, pokud má postupné ionizační energie:

Ionizační energie stoupají po jednom nebo dvou tisících u prvních pěti. Pak dojde k obrovskému skoku o zhruba 15000. Je tam 5 relativně snadných elektronů – prvek je tedy ve skupině 5.

Podrobnější zkoumání zákonitostí

Pokud pro určitý prvek vykreslíte grafy postupných ionizačních energií, uvidíte v nich výkyvy způsobené odebíráním různých elektronů.

Nejenže můžete vidět velké skoky v ionizační energii, když elektron přichází z vnitřní hladiny, ale můžete také vidět drobné fluktuace v rámci hladiny v závislosti na tom, zda elektron přichází z s nebo p orbitalu, a dokonce i na tom, zda je v tomto orbitalu párový nebo nepárový.

Chlor má elektronickou strukturu 1s22s22p63s23px23py23pz1.

Tento graf vykresluje prvních osm ionizačních energií chloru. Zelené značky ukazují, který elektron je pro každou z ionizačních energií odstraněn.

Přiložíte-li k prvnímu a druhému bodu pravítko, abyste zjistili trend, zjistíte, že třetí, čtvrtý a pátý bod leží nad očekávanou hodnotou. Je to proto, že první dva elektrony pocházejí z párů v hladinách 3p, a proto se odstraňují poněkud snadněji, než kdyby byly nepárové.

Pokud opět položíte pravítko na třetí, čtvrtý a pátý bod, abyste zjistili jejich trend, zjistíte, že šestý a sedmý bod leží výrazně nad hodnotami, které byste očekávali z pokračování trendu. Je to proto, že 6. a 7. elektron přichází z hladiny 3s – o něco blíže jádru a o něco hůře stíněný.

Masivní skok při průniku do vnitřní hladiny u 8. elektronu je poměrně zřejmý!

.