ตารางธาตุพร้อมพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่หนึ่ง

พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่หนึ่งหมายถึงอะไร

พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่หนึ่งคือพลังงานที่ต้องใช้ในการดึงอิเล็กตรอนที่ถูกยึดไว้หลวมที่สุดออกจากอะตอมที่เป็นกลางหนึ่งอะตอมในวัฏภาคแก๊ส: X(g) → X⁺(g) + e⁻ ค่าที่นี่เป็นอิเล็กตรอนโวลต์ต่ออะตอม หากต้องการแปลงเป็นกิโลจูลต่อโมลที่ใช้ในตำราหลายเล่ม ให้คูณด้วย 96.485 แต่ละช่องแสดงค่าเป็น eV และลอว์เรนเซียมกับธาตุที่หนักกว่า ซึ่งไม่มีค่าให้ แสดงเป็นขีดกลาง

การดึงอิเล็กตรอนตัวที่สองออกต้องใช้พลังงานมากกว่าตัวแรกเสมอ และค่าจะกระโดดสูงมากเมื่ออิเล็กตรอนตัวถัดไปจะมาจากระดับพลังงานชั้นในที่เต็ม โซเดียมให้อิเล็กตรอนหนึ่งตัวได้ง่าย แต่แทบไม่เคยให้ตัวที่สอง ซึ่งเป็นเหตุผลที่มันสร้าง Na⁺ ไม่ใช่ Na²⁺

แนวโน้มตามคาบและตามหมู่

พลังงานไอออไนเซชันเพิ่มขึ้นตามคาบ ประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้นในขณะที่อิเล็กตรอนนอกสุดยังอยู่ในระดับพลังงานเดิม จึงถูกยึดไว้แน่นขึ้น คาบที่ 2 ถึง 6 แต่ละคาบเริ่มด้วยโลหะแอลคาไล ซึ่งมีค่าต่ำที่สุดในแถว และจบด้วยแก๊สมีตระกูล ซึ่งมีค่าสูงที่สุด

พลังงานไอออไนเซชันลดลงตามหมู่ลงไป แต่ละระดับพลังงานใหม่ทำให้อิเล็กตรอนนอกสุดอยู่ไกลนิวเคลียสขึ้นและอยู่หลังอิเล็กตรอนชั้นในมากขึ้น จึงดึงออกได้ง่ายขึ้น นี่คือเหตุผลที่โลหะแอลคาไลทำปฏิกิริยากับน้ำรุนแรงขึ้นเมื่ออยู่ต่ำลงมาในหมู่ 1

ข้อยกเว้นของแนวโน้ม

ค่าที่ลดลงเล็กน้อยสองจุดขัดจังหวะการเพิ่มขึ้นตลอดแต่ละคาบ โบรอนมีพลังงานไอออไนเซชันต่ำกว่าเบริลเลียม (8.298 eV เทียบกับ 9.323 eV) เพราะอิเล็กตรอนนอกสุดของมันอยู่ในระดับพลังงานย่อย 2p ซึ่งมีพลังงานสูงกว่าและถูกบังบางส่วนโดยอิเล็กตรอน 2s ออกซิเจนต่ำกว่าไนโตรเจน (13.618 eV เทียบกับ 14.534 eV) เพราะอิเล็กตรอน 2p ตัวที่สี่ต้องใช้ออร์บิทัลร่วมกัน และแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนที่จับคู่ทำให้ดึงตัวหนึ่งออกได้ง่ายขึ้น ค่าที่ลดลงแบบเดียวกันปรากฏในคาบที่ 3 จากแมกนีเซียมไปอะลูมิเนียม และจากฟอสฟอรัสไปซัลเฟอร์

ต่ำลงไปอีก ธาตุที่อยู่หลังระดับพลังงานย่อย d หรือ f ที่เต็มยึดอิเล็กตรอนไว้แน่นกว่าที่คาดไว้ เพราะอิเล็กตรอน d และ f บังนิวเคลียสได้ไม่ดี แกลเลียมแตกตัวเป็นไอออนได้ยากกว่าอะลูมิเนียมเล็กน้อย และทองยากกว่าเงินมาก

ตัวอย่างการคำนวณ: โซเดียม

พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่หนึ่งของโซเดียมคือ 5.139 eV เมื่อคูณด้วย 96.485 จะได้ประมาณ 495.8 kJ/mol ซึ่งเป็นค่าที่พบในตำราส่วนใหญ่ เปรียบเทียบกับนีออน แก๊สมีตระกูลที่อยู่ก่อนหน้านั้น ที่ 21.565 eV การดึงอิเล็กตรอนออกจากนีออนหมายถึงการทะลวงเข้าไปในระดับพลังงานที่เต็ม ซึ่งต้องใช้พลังงานมากกว่าประมาณสี่เท่า