Bilim Son Makaleler

İYONLAŞMA ENERJİSİ

Tarafından yazılmıştır admin

Herhangi bir atomun kimyasal özelliği; değerlik elektronlarının dağılımına bağlıdır. En dıştaki bu elektronların kararlılığı doğrudan atomun iyonlaşma enerjisi ile bağ­lantılıdır. İyonlaşma enerjisi gaz halindeki bir atomun temel halinden bir elektronu uzaklaştırmak için gerekli olan minumum enerjidir (kJ/Mol olarak). Başka bir deyişle 15 Bu tanımda atomların gaz fazında olması gerekir. Çünkü gaz halindeki atomlar çevresindeki komşu atomlardan ve moleküller arası kuvvetlerden hemen hemen hiç etkilenmezler. Bu koşullarda ölçülen enerji miktarı iyonlaşma enerjisidir.

İyonlaşma enerjisinin büyüklüğü atomdaki elektronun ne kadar sıkı tutulduğu­nun bir ölçüsüdür. İyonlaşma enerjisi yüksek ise elektronu atomdan uzaklaştırmak son derece zordur. Çok elektronlu bir atomda, atomun temel halinden ilk elektronu uzaklaştırmak için gerekli olan enerjinin miktarı birinci iyonlaşma enerjisi (I1) olarak tanımlanır.

enerji + X(g)—– > X+(g) + e

eşitlikte X herhangi bir elementin atomunu, e ise bir elektronu göstermektedir. İkinci iyonlaşma enerjisi (I2) ve üçüncü iyonlaşma enerjisi (I3) aşağıdaki eşitliklerde gösterilmiştir.

enerji + X+(g)—- > X2+(g) + e–   ikinci iyonlaşma

enerji + X2+(g)— > X3+(g) + e üçüncü iyonlaşma

Diğer elektronların uzaklaştırılması için süreç böylece devam ettirilebilir.

Bir atomdan bir elektron uzaklaştığı zaman, kalan elektronlar arasında itme kuv­veti azalır. Çekirdek yükü sabit kaldığından, pozitif yüklü iyondan başka bir elektronu uzaklaştırmak için daha fazla enerji gerekir. Bu nedenle, iyonlaşma enerjisi aşağıdaki sırayla değişir.

I1 <I2 <I3<…

Çizelgede ilk 20 elementin iyonlaşma enerjileri verilmiştir. İyonlaşma daima endo­termik (ısı alan) bir işlemdir. İyonlaşma işlemi sırasında atomlar (veya iyonlar) enerji soğurduğu için, iyonlaşma enerjisinin değeri pozitiftir. Şekilde birinci iyonlaşma enerjilerinin atom numarası ile değişimini göstermektedir. Birkaç küçük düzensizlik dışında, elementlerin birinci iyonlaşma enerjilerinin bir periyotta atom numarasıyla birlikte arttığına dikkat ediniz. Bunun nedeni, etkin çekirdek yükünün soldan sağa doğru artmasıdır. Etkin çekirdek yükünün büyük olması, dış elektronun çok sıkı tutulduğu anlamına gelir ve bu nedenle birinci iyonlaşma enerjisi yüksektir.

Şekilde dikkat çeken bir özellik de soy gazlara karşılık gelen piklerdir. Soy gazların iyonlaşma enerji­leri çok yüksektir ve sebebi temel haldeki elektron dağılımlarının çok kararlı olmasıdır. Bu yüzden, soy gazların çoğu kimyasal tepkimeye yatkın değildir. Gerçekten de, He (1s2) elementler içinde en yüksek birinci iyonlaşma enerjisine sahip olanıdır.

Şekildeki grafiğin en altında, 1A grubunun elementleri (alkali metaller) bulun­maktadır. Bu grubun elementlerinin birinci iyonlaşma enerjileri çok düşüktür. Bu ele­mentler birer değerlik elektronuna sahiptir (dış kabuktaki elektron dağılımları ns1 dir) ve bu elektron tamamen dolu olan iç kabuklardaki elektronlar tarafından etkili bir şekilde perdelenir. Bu nedenle, dış kabuktaki bu elektron, kolayca uzaklaştırılabilir ve atom tek pozitif yüklü iyona (Li+,Na+,K+, …) dönüşür. Bu katyonların hepsi elektron dağılımları periyodik çizelgede alkali metal atomlarından önce gelen soy gazlarla izoelektroniktir.

2A grubu elementlerinin (toprak alkali metaller) iyonlaşma enerjileri alkali metallerinkinden daha yüksektir. Toprak alkali metalleri iki değerlik elektronuna (dış kabuktaki elektron dağılımları ns2 dir) sahiptirler. Bu iki s elektronu birbirlerini per­delemezler. Bu nedenle, alkali toprak metallerinin son kabuğundaki elektronların gör­düğü etkin çekirdek yükü, kendilerinden önce gelen alkali metalin son kabuğundaki elektronun gördüğü etkin çekirdek yükünden daha büyüktür. Toprak alkali metalleri bileşiklerinin çoğu +2 değerlikli iyonlar (Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+) içerirler. Be2+  Li+ ve He atomu birbiriyle izoelektronik Mg + iyonu ise Na+ ve Ne ile izoelektroniktir. Diğer iyonlar için de benzer eşleştirmeler yazılabilir.

Şekilde incelendiğinde metallerin, ametallere göre nispeten düşük iyonlaşma ener­jilerine sahip oldukları görülür. Yarı metallerin iyonlaşma enerjileri metaller ve ame­tallerin arasına düşer. İyonlaşma enerjileri arasındaki fark metallerle ametaller iyonik bileşik oluştururken, neden metallerin daima katyon, ametallerin ise anyon olduklarını açıklamak için yeterlidir (tek önemli ametal katyonu amonyum katyonudur, NH4+). Bir grup içerisinde, artan atom numarasıyla, iyonlaşma enerjisi aşağıya doğru azalır. Aynı grup içerisindeki elementler benzer dış elektron dağılımlarına sahiptirler. Baş kuantum sayısı n artarken değerlik elektronları da çekirdekten uzaklaşır. Elektronla çekir­dek arasındaki uzaklığın artması demek zayıf çekim kuvveti demektir. Bu durumda, gruptan aşağıya doğru inerken birinci iyonlaşma enerjisi elementten elemente giderek azalır. Bu nedenle, gruptan aşağıya doğru inerken elementlerin metalik karakteri artar. Bu eğilim 3A dan 7A ya kadar olan gruplardaki elementler için oldukça belirgindir. Örneğin 4A grubunda karbon bir ametal iken, silisyum ve germanyum yarı metal, kalay ve kurşun ise metaldir.

Bazı düzensizlikler olmasına karşın, periyodik çizelgede birinci iyonlaşma ener­jileri soldan sağa doğru artar. İlk istisna aynı periyottaki 2A ve 3A grupları arasında görülür (örneğin, Be ile B ve Mg ile Al arasında). 3A grubu elementlerinin birinci iyonlaşma enerjileri, beklenenin aksine 2A grubu elementlerinden daha düşüktür. Çünkü 3A grubu elementleri en dış kabuğun p alt kabuğunda bir tane elektrona sahiptirler (ns2np1). Bu tek p elektronu, iç elektronlar ve ns2 elektronları tarafından perdelenirler. Bu nedenle, tek p elektronunu uzaklaştırmak için gerekli olan enerji, aynı temel enerji seviyedeki s elektron çiftinden birini uzaklaştırmak için gerekli olan enerjiden daha azdır. İkinci düzensizlik 5A ve 6A gruplan arasında meydana gelir (örneğin N ile O ve P ile S arasında olduğu gibi). 5A grubu elementlerinde (ns2np3), p elektronları Hund kuralına göre üç ayrı orbitalde bulunur. 6A grubunda (ns2np4) dör­düncü p elektronu üç p elektronunun biri ile eşleşmek zorundadır. Aynı orbitalde iki elektronun yakınlaşması sonucu meydana gelen bu büyük elektrostatik itme nedeniyle, 6A grubu elementlerinin atomlarının iyonlaşması (çekirdek yükünün bir birim daha artmış olmasına karşın) çok kolaylaşır. Bu nedenle 6A grubu elementlerinin iyonlaşma enerjileri aynı periyottaki 5A grubu elementlerininkine göre daha düşüktür.

 

Yazar Hakkında

admin

%d blogcu bunu beğendi: