이온화 에너지

원자와 이온의 화학적 작용은 그의 전자, 특히 화학적 결합 형성에 참여하는 가장 바깥쪽 전자들을 얼마나 쉽게 또는 어렵게 제거할 수 있느냐에 따라 크게 영향을 받습니다. 바닥 상태의 기체 원자로부터 전자를 제거하는 데 필요한 에너지를 일차 이온화 에너지라고 하며 몰당 킬로줄로 표시합니다. 다음 전자를 제거하는 데 필요한 에너지를 이차 이온화 에너지라고 하며 이런 식으로 정의합니다.

주기율표에서 열 아래로 이동할수록 이온화 에너지가 감소합니다. 열 아래로 갈수록 원자가 전자의 주 양자수가 증가하여 원자 크기가 더 커진다는 사실을 상기하십시오. 따라서 가장 바깥쪽 전자는 멀리 있을수록 제거하기가 쉽습니다.

전형 원소의 경우 이온화 에너지는 주기를 따라 증가합니다. 그 이유는 원자 번호가 증가하면서 원자가 전자가 핵전하에 의한 영항을 더 많이 받아 가장 바깥쪽 전자의 제거를 더 어려워지게 한다는 데 있습니다. 이를 통해 예를 들어 염소가 나트륨보다 이온화 에너지가 더 높은 이유를 설명할 수 있습니다.

일반적으로 이온화 에너지는 알칼리 금속에서 최소이며 각각의 불활성 기체에서 최고값을 가집니다. 전이 금속에서는 주기를 따라 이온화 에너지가 약간 증가하며 f-블록 원소에서는 변화가 훨씬 작습니다. 하지만 고려해야 할 몇 가지 예외가 있습니다.

붕소는 주기율표에서 오른쪽으로 더 멀어져도 베릴륨보다 이온화 에너지가 작습니다. 베릴륨은 에너지가 낮은 2s 전자를 가지고 있는 반면 붕소는 에너지가 더 높은 2p 전자를 가지고 있기 때문에 전자의 제거가 에너지 측면에서 더 유리합니다. 또 다른 예외로 산소는 질소보다 낮은 일차 이온화 에너지를 가지고 있습니다.

질소와 비교하면 산소는 4개의 p-전자를 가지고 있고 1개의 전자를 제거하면 전자와 전자의 반발력이 줄어듭니다. 따라서 이온화에 필요한 에너지는 줄어듭니다. 이러한 예외는 후속 주기에서도 관측됩니다.

양이온에서 전자를 제거하는 것은 중성 원자에서보다 더 어렵습니다. 일반적으로 원소에 대해 순차적 이온화 에너지는 증가합니다. 칼륨을 고찰해 봅시다.

이차 이온화 에너지는 훨씬 더 높은데, 비활성 기체 구성을 가진 이온에서 코어 전자의 제거를 포함하기 때문입니다. 마찬가지로 칼슘의 경우 이차 이온화 에너지보다 3차 이온화 에너지가 훨씬 높은데 비활성 기체 구성을 가진 양이온에서 핵심부 전자가 제거되기 때문입니다.