If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Hogyan változik az ionizációs energia a periódusokban?

Videóátirat

Ebben a videóban megnézzük hogyan változik egy perióduson belül az atomok ionizációs energiája. Ebben a periódusban, a lítiumtól a neonig haladva a periódusos rendszerben, általában azt láthatjuk, hogy az ionizációs energia növekszik. A lítium esetében ez +520 kJ/mol. A berilliumé már 900 kJ/mol, majd általában tovább növekszik a neon felé haladva. Tehát egy perióduson belül az ionizációs energia értéke növekszik. Ennek az az oka, hogy a periódusban haladva az effektív magtöltés növekszik. A "Z eff" értéke növekszik. Emlékezzünk vissza ennek a kiszámítására: Az effektív magtöltés értékét úgy kapjuk meg, hogy a protonok számából (Z) kivonjuk az S értékét, amely azoknak a belső elektronoknak az átlagos száma, amelyek leárnyékolják a külső elektronokat. Vizsgáljuk meg ezt részletesebben a lítium és a berillium példáján. A lítium rendszáma 3, azaz 3 proton van az atommagjában, ez 3 pozitív töltés. A lítiumatom elektronszerkezete pedig tudjuk, hogy 1s2 2s1. Két elektronja van az 1s alhéjon, egy elektronja pedig a 2s alhéjon. A berilliumatomban eggyel több proton és eggyel több elektron van. A magban eggyel több a proton, ami 4 pozitív töltést jelent. A berillium elektronkonfigurációja 1s2 2s2. Két elektron van az 1s alhéjon, és két elektron a 2s alhéjon. Számítsuk ki az effektív magtöltést mindkét atom esetében. Kezdjük a lítiummal. A lítium esetében három pozitív töltés van az atommagban. Az effektív magtöltés +3, ebből kivonjuk a belső elektronok átlagos számát, amelyek leárnyékolják a külső elektronokat. Esetünkben két belső elektron van, ezek az atomtörzs részei, amelyek leárnyékolják a külső elektront, azaz a vegyértékelektront a mag háromszoros pozitív töltése elől. Tudjuk, hogy ahogy az azonos töltések taszítják egymást, így ez az elektron kissé taszítja ezt az elektront, a másik elektron úgyszintén. A lítium atomtörzs két belső elektronja árnyékoló hatást fejt ki. A külső elektronra így kevébé hat a mag háromszoros pozitív töltése. Két elektron okozza az árnyékoló hatást, Gyorsan számoljuk ki az effektív magtöltést. Plusz 3 mínusz 2, az annyi mint plusz 1, ennyi az effektív magtöltés értéke. A lítiumnak erre a külső elektronjára ható magtöltés értéke +1. Ekkora erővel vonzza az atommag. Tehát vonzóerő hat a külső elektron és az atommag között. A valóságos adatokkal számolva az S értéke nem feltétlenül egész szám, így a lítium esetében a valós érték körülbelül 1,3 de a gyors, közelítő számolásunk alapján durván +1-nek tekinthető. Végezzük el ugyanezt a számítást a berillium esetében. A berilliumatom effektív magtöltésébe beleszámít a protonszám, amely a berillium esetében +4 ebből kivonjuk a belső elektronok számát, amelyek leárnyékolják a külső elektronokat. Az előbbi esethez hasonlóan két belső elektron fejt ki árnyékoló hatást erre a külső elektronra, azaz taszítják ezt a külső elektront. Leárnyékolják a külső elektront az atommag négyszeres pozitív töltése elől. Van tehát két belső elektron, így az effektív magtöltés értéke plusz 4 mínusz 2, így az effektív magtöltés értéke +2. A valóságban az effektív magtöltés értéke kb. 1,9 Ennek oka, hogy a berilliumatomban egy másik elektron is van a 2s alhéjon, amely némi hatást fejt ki erre az elektronra. Egy kicsit taszítja, ezzel csökkenti az effektív magtöltést körülbelül 1,9-re. De a közelítőleg kiszámolt +2 érték itt is megfelel. Lássuk ismét a berillium külső elektronját. A rá ható effektív magtöltés értéke +2, ami azt jelenti, hogy közelebb húzódik az atommaghoz. Nagyobb vonzóerő hat erre a külső elektronra a berilliumban, mint a lítium külső elektronjára. Csak +1 effektív magtöltés hat erre a külső elektronra, ezért a berilliumatom kisebb. A 2s alhéj mérete csökken, így maga az atom is kisebb lesz. A berilliumatom kisebb, mint a lítiumatom. Ez a külső elektron, amit más színnel jelölök, a berilliumatom külső elektronja közelebb van az atommaghoz, mint a lítiumatom külső elektronja. Nagyobb vonzóerő hat rá, így több energia kell ahhoz, hogy eltávolítsuk ezt az elektront a semleges berilliumatomból, és ez okozza a nagyobb ionizációs energiát. A berillium ionizációs energiája tehát +900 kJ/mol, míg a lítiumé +520 kJ/mol. Ez az effektív magtöltéssel magyarázható. A lítiumot és a berilliumot összehasonlítva láttuk, hogy az ionizációs energia értéke +520-ról +900 kJ/molra változott. Megállapítottuk, hogy ezt az okozza, hogy a berillium effektív magtöltése nagyobb. Ám a berillium után a bórhoz érkezve az effektív magtöltés további növekedése ellenére az ionizációs energia a berilliumnál látott +900 kJ/molról +800 kJ/molra csökken a bór esetében. Az ionizációs energia tehát kissé csökken. Vizsgáljuk meg a bór elektronszerkezetét, hogy lássuk, ad-e erre magyarázatot. A bóratomban 5 elektron van, elektronszerkezete 1s2 2s2 2p1. Az ötödik elektron egy p pályára kerül. A 2p alhéj energiaszintje magasabb, mint a 2s pályáé, azaz a 2p alhéjon lévő elektron átlagban távolabb van az atommagtól, mint a 2s alhéj 2 elektronja. Gyorsan felvázolom. Mondjuk ez itt a 2s alhéj, amin 2 elektron van, a p pálya egyetlen elektronja pedig átlagosan távolabb van az atommmagtól. Így a 2s alhéj két elektronja taszítja a 2p alhéj egyetlen elektronját. Itt tehát egy kicsivel erősebb árnyékoló hatás választja el a 2p alhéj elektronját az atommag vonzásától. Noha a bóratom magjában 5 proton van, és ezek 5 pozitív töltést képviselnek, az a tény, hogy a 2s elektronok még erősebb árnyékoló hatást okoznak, azt eredményezi, hogy ezt az elektront könnyebb eltávolítani. Így egy kicsit még könnyebben eltávolítható a 2p alhéj elektronja a 2s elektronok hatása miatt. Ez okozza tehát az ionizációs energia kismértékű csökkenését. Ahogy átlépünk a bórról a szénre az ionizációs energia növekszik. A szénről a nitrogénre haladva szintén nő az ionizációs energia. Ezt ismét annak az eredménye, hogy növekszik az effektív magtöltés. A nitrogénről az oxigénre lépve azonban ismét enyhe csökkenés tapasztalható. A mintegy 1400 kJ/mol értékről kb. 1300 kJ/molra esik vissza az oxigén esetében. Lássuk, megmagyarázható-e mindez a nitrogén és az oxigén elektronszerkezete alapján. A nitrogén esetén 7 elektronnal számolunk. Az elektronszerkezete 1s2 2s2 2p3. Megvan mind a 7 elektron. Az oxigén esetében eggyel több elektron van, 1s2 2s2 2p4 az oxigén elektronszerkezete. Rajzoljuk fel a pályák jelölésével a 2s alhéj és a 2p alhéj szerkezetét. Ez a nitrogén 2s alhéja. Ezen 2 elektron van, jelöljük a 2 elektront. A 2p alhéjon 3 elektron van. Ez itt a 2p alhéj, írjuk ide a 3 elektront a megfelelő jelöléssel. Végezzük el ugyanezt az oxigénnel. Itt az oxigénatom telített 2s alhéja ide bejelöljük a 2 elektront. A 2p alhéjon 4 elektron van, ezeket bejelölöm a 2p alhéjon. Egy elektron, kettő, három, és lássuk, mi történik, amikor hozzáadjuk a negyediket. Ez olyan pályára kerül, amelyiken már van egy elektron. Tehát amikor a negyedik elektron beépül a 2p alhéjra, akkor a már ott levő elektron taszítja, így ezek az elektronok könnyebben eltávolíthatók, hiszen az elektronok töltése azonos, és az azonos töltések taszítják egymást. Tehát ez okozza az ionizációs energia kismértékű csökkenését. Így egy kicsivel könnyebb egy elektront eltávolítani az oxigénatomból, mint a nitrogénatomból, a 2p alhéjon belüli taszítás miatt. Innentől ismét az általános trend érvényesül. A fluor ionizációs energiája 1681, a neon esetében pedig tovább növekszik az ionizációs energia a növekvő effektív magtöltés miatt.