Definirea celei de-a doua energii de ionizare

Energia a doua de ionizare se definește prin ecuația:

Este energia necesară pentru a elimina un al doilea electron de la fiecare ion din 1 mol de ioni 1+ gazoși pentru a da ioni 2+ gazoși.

Mai multe energii de ionizare

Se pot avea apoi atâtea energii de ionizare succesive câte electroni are atomul inițial.

Primele patru energii de ionizare ale aluminiului, de exemplu, sunt date de

		1-a I.E. = 577 kJ mol-1
		al 2-lea I.E. = 1820 kJ mol-1
		3-a I.E. = 2740 kJ mol-1
		4-a I.E. = 11600 kJ mol-1

Pentru a forma un ion Al3+(g) din Al(g) ar trebui să furnizați:

577 + 1820 + 2740 = 5137 kJ mol-1

Este o cantitate mare de energie. Atunci, de ce formează aluminiul ioni Al3+?

El îi poate forma doar dacă poate recupera acea energie de undeva, iar dacă acest lucru este fezabil depinde de lucrul cu care reacționează.

De exemplu, dacă aluminiul reacționează cu fluor sau oxigen, el poate recupera acea energie în diverse modificări care implică fluorul sau oxigenul – și astfel fluorura de aluminiu sau oxidul de aluminiu conțin ioni Al3+.

Dacă reacționează cu clorul, nu poate recupera suficientă energie, și astfel clorura de aluminiu solidă anhidră nu este de fapt ionică – în schimb, formează legături covalente.

De ce nu formează aluminiul un ion Al4+? A patra energie de ionizare este uriașă în comparație cu primele trei și nu există nimic cu care aluminiul să poată reacționa care să-i permită să recupereze această cantitate de energie suplimentară.

De ce energiile de ionizare succesive devin mai mari?

După ce ați eliminat primul electron, rămâneți cu un ion pozitiv. Încercarea de a îndepărta un electron negativ dintr-un ion pozitiv va fi mai dificilă decât să îl îndepărtezi dintr-un atom. Îndepărtarea unui electron dintr-un ion 2+ sau 3+ (etc.) va fi din ce în ce mai dificilă.

De ce este atât de mare a patra energie de ionizare a aluminiului?

Structura electronică a aluminiului este 1s22s22s22p63s23px1. Primii trei electroni care trebuie eliminați sunt cei trei electroni din orbitalii 3p și 3s. După ce aceștia au dispărut, al patrulea electron este eliminat din nivelul 2p – mult mai aproape de nucleu și protejat doar de electronii 1s2 (și, într-o oarecare măsură, de electronii 2s2).

Utilizarea energiilor de ionizare pentru a afla în ce grupă se află un element

Acest salt mare între două energii de ionizare succesive este tipic pentru pătrunderea bruscă într-un nivel interior. Puteți folosi acest lucru pentru a afla în ce grupă din tabelul periodic se află un element din energiile de ionizare succesive ale acestuia.

Magneziul (1s22s22p63s2) se află în grupa 2 din tabelul periodic și are energii de ionizare succesive:

Aici saltul mare are loc după a doua energie de ionizare. Aceasta înseamnă că există 2 electroni care sunt relativ ușor de eliminat (electronii 3s2), în timp ce al treilea este mult mai dificil (deoarece provine dintr-un nivel interior – mai aproape de nucleu și cu mai puțin ecranare).

Siliciul (1s22s22p63s23px13py1) se află în grupa 4 din tabelul periodic și are energii de ionizare succesive:

Aici marele salt apare după eliminarea celui de-al patrulea electron. Primii 4 electroni provin de la orbitalii de nivel 3; al cincilea de la nivelul 2.

Lecția care se desprinde din toate acestea:

Contează electronii ușori – cei de până la (dar fără a include) marele salt. Acesta este același lucru cu numărul grupei.

Un alt exemplu:

Decideți în ce grupă se află un atom dacă are energii de ionizare succesive:

Energia de ionizare crește cu una sau două mii pe rând pentru primele cinci. Apoi are loc un salt uriaș de aproximativ 15000. Există 5 electroni relativ ușori – deci elementul este în grupa 5.

Explorarea modelelor mai în detaliu

Dacă trasați graficele energiilor de ionizare succesive pentru un anumit element, puteți vedea fluctuațiile din acesta cauzate de eliminarea diferiților electroni.

Nu numai că puteți vedea salturile mari în energia de ionizare atunci când un electron provine dintr-un nivel interior, dar puteți vedea și fluctuațiile minore din cadrul unui nivel, în funcție de faptul dacă electronul provine dintr-un orbital s sau p, și chiar dacă este împerecheat sau neîmperecheat în acel orbital.

Clorul are structura electronică 1s22s22s22p63s23px23py23pz1.

Acest grafic trasează primele opt energii de ionizare ale clorului. Etichetele verzi arată ce electron este eliminat pentru fiecare dintre energiile de ionizare.

Dacă puneți o riglă pe primul și al doilea punct pentru a stabili tendința, veți descoperi că al treilea, al patrulea și al cincilea punct se află deasupra valorii la care v-ați aștepta. Acest lucru se datorează faptului că primii doi electroni provin din perechi în nivelele 3p și, prin urmare, sunt destul de ușor de eliminat decât dacă ar fi fost nepereche.

Din nou, dacă puneți o riglă pe punctele 3, 4 și 5 pentru a stabili tendința lor, veți descoperi că punctele 6 și 7 se află mult deasupra valorilor la care v-ați aștepta dintr-o continuare a tendinței. Acest lucru se datorează faptului că electronii 6 și 7 provin de la nivelul 3s – puțin mai aproape de nucleu și puțin mai puțin bine ecranat.

Saltul masiv pe măsură ce pătrundeți în nivelul interior la al 8-lea electron este destul de evident!