Ionisatie-energie

Het chemische gedrag van atomen en ionen wordt sterk beïnvloed door hoe gemakkelijk of moeilijk het is om hun elektronen te verwijderen, vooral de buitenste elektronen die deelnemen aan chemische bindingsformaties. De energie die nodig is om een elektron uit een gasvormig atoom in zijn grondtoestand te verwijderen, wordt de eerste ionisatie-energie genoemd en wordt gegeven in kilojoules per mol. De energie die nodig is om het volgende elektron te verwijderen, wordt de tweede ionisatie-energie genoemd, enzovoort.

Als we een kolom naar beneden gaan, nemen de ionisatie-energieën af. Bedenk dat het hoogste hoofdkwantumaantal valentie-elektronen naar beneden in de kolom toeneemt, wat leidt tot grotere atomaire afmetingen. Dus hoe verder de buitenste elektronen zijn, hoe gemakkelijker ze te verwijderen zijn.

Voor elementen uit de hoofdgroep neemt de ionisatie-energie toe gedurende de periode. De reden ligt in het toenemende atoomnummer, waarbij valentie-elektronen een hogere effectieve nucleaire lading ervaren, waardoor het verwijderen van de buitenste elektronen moeilijker wordt. Dit verklaart waarom chloor een hogere ionisatie-energie heeft dan bijvoorbeeld natrium.

Over het algemeen is ionisatie-energie een minimum voor een alkalimetaal en stijgt tot een piek bij elk edelgas. Overgangsmetalen vertonen een kleine toename van de ionisatie-energie gedurende de periode, en de f-blokelementen vertonen een nog kleinere verandering. Maar er zijn enkele uitzonderingen om te overwegen.

Borium heeft een kleinere ionisatie-energie dan beryllium, ook al staat het verder naar rechts op het periodiek systeem. Beryllium heeft 2s-elektronen met een lagere energie, terwijl boor een 2p-elektron met hogere energie heeft, waardoor de verwijdering ervan energetisch gunstiger is. Een andere uitzondering is zuurstof, dat een lagere eerste ionisatie-energie heeft dan stikstof.

In vergelijking met stikstof heeft zuurstof vier p-elektronen, en het verwijderen van één elektron elimineert de elektronen-elektronen-afstoting. Er is dus minder energie nodig voor de ionisatie. Deze uitzonderingen worden ook in volgende periodes in acht genomen.

Het verwijderen van elektronen uit kationen is moeilijker dan uit neutrale atomen. Over het algemeen nemen de opeenvolgende ionisatie-energieën toe voor elementen. Denk aan kalium.

De tweede ionisatie-energie is aanzienlijk hoger, omdat het de verwijdering van een kernelektron uit een ion met een edelgasconfiguratie inhoudt. Evenzo is er voor calcium een sterke toename van de tweede naar de derde ionisatie-energie als een kernelektron wordt verwijderd uit een kation met een edelgasconfiguratie.