A korábbi videókban
csak az első ionizációs energiáról beszéltünk.
Ebben a videóban összehasonlítjuk
az első és második ionizációs energiát,
a lítium példáján keresztül.
Az előző videóból tudjuk,
hogy a lítium rendszáma 3,
tehát az atommagjában 3 proton van.
A semleges lítiumatomban az elektronok száma
megegyezik a protonok számával,
így tudjuk, hogy a lítiumatomban 3 elektron van.
Az elektronkonfigurációja 1s2 2s1.
2 elektron van az 1s alhéjon,
tehát tüntessük fel ezeket az elektronokat
az 1s alhéjon.
Marad még egy elektron,
amely a 2s alhéjra kerül.
Így nagyon egyszerűen
ábrázolhatjuk a semleges lítiumatomot.
Megfelelően nagy energia közlésével
eltávolíhatjuk ezt a külső elektront.
Ennek a leszakításához szükséges
az úgynevezett első ionizációs energia.
Ennek az elektronnak az eltávolítása
mintegy 520 kJ/mol energiát igényel.
Miután ezt az elektront eltávolítottuk,
már nem beszélhetünk semleges lítiumatomról.
Lítiumion keletkezett, hiszen továbbra is
3 pozitív töltés van az atommagban,
de már csak 2 negatív töltés maradt.
Csak 2 elektron maradt, mert egyet eltávolítottunk.
Háromból kettő az annyi mint plusz egy.
Ez tehát az egyszeresen pozitív lítium-kation.
Az elektronkonfigurációja pedig csupán
1s2, mert a 2s alhéjról leszakadt az elektron.
Haladjuk tovább.
Valamivel több energia közlésével újabb elektron távolítható el.
Mondjuk, hogy most ezt az elektront szakítjuk le.
Tehát egy második elektront fogunk eltávolítani,
ezt nem nevezhetjük első ionizációs energiának,
hanem második ionizációs energiának hívjuk,
mivel ez a második elektron eltávolításához szükséges.
Ennek értéke kb. 7298 kJ/mol.
A második elektron leszakítása után
még mindig 3 pozitív töltés van az atommagban,
de már csak egy negatív töltés maradt.
Csak egy elektron maradt, ez tehát már
nem egyszeresen pozitív lítium-kation,
hanem kétszeresen pozitív lítium-kation,
hiszen háromból egy az kettő.
Ez tehát a Li 2+ ion, amelynek elektronszerkezetében
az 1s alhéjon csak egy elektron van, tehát 1s1.
Látható, hogy nagy a különbség
az első ionizációs energia
és a második ionizációs energia között (520 illetve 7298).
Lássuk, találunk-e magyarázatot
erre a rendkívül nagy eltérésre
az ionizációs energiák között.
Azt a három tényezőt fogjuk vizsgálni,
amelyeket a korábbi videókban említettünk.
Az első tényező a magtöltés volt,
amely az atommagban lévő protonok számával egyezik meg.
A semleges lítiumatom esetében
3 pozitív töltés van az atommagban.
Ez a pozitív töltés vonzza
a rózsaszínnel jelölt elektront.
Az egyszeresen pozitív lítium-kationban
ugyanez a helyzet.
Ugyanúgy 3 proton van az atommagban,
tehát ugyanez a pozitív töltés
vonzza ezt az elektront.
Mivel a protonok száma változatlan,
inkább az effektív magtöltést kell figyelembe venni,
nem pedig az atommagban lévő protonok számát.
Előtte azonban még gondolni kell
az elektronok árnyékoló hatására is.
Erre is szánjunk néhány szót.
Az elektronok árnyékoló hatását, más néven árnyékolást
a belső pályák elektronjai okozzák.
A semleges lítiumatomban
a belső héjon található két elektron
taszítja a külső héjon lévő elektront.
Egyik is, másik is taszítja.
Lényegében arról van szó, hogy gyengítik
a magban lévő 3 pozitív töltés hatását a rózsaszínnel jelölt elektronra,
mivel az elektronok taszítják egymást.
Az effektív magtöltés kiszámításához –
– ilyet már csináltunk a korábbi videókban is –
– az effektív magtöltés egyszerű számításhoz
vegyük a protonok számát,
amely itt 3, és ebből vonjuk ki
az árnyékoló elektronok számát.
Itt erről a két elektronról van szó
az 1s alhéjon.
Az effektív magtöltés értéke 3 mínusz 2,
azaz plusz 1.
A rózsaszínnel jelölt elektronra tehát
nem a teljes magtöltés hat, ami +3,
hanem csak az effektív magtöltés,
amely +1 körüli érték, ténylegesen kb. 1,3
ha pontosabban számoljuk.
Az elektronok árnyékoló hatása tehát
összességében csökkenti a magtöltés hatását
a rózsaszínnel jelölt elektronra.
Lássuk most ezt a másik elektront,
a rózsaszínnel jelölt elektronról beszélek,
az egyszeresen pozitív lítium kationban.
Ez már más helyzet.
Itt nincs jelentős árnyékolás.
Ez a másik elektron egy kissé taszítja ugyan,
de nincs olyan belső elektron, amely
taszítaná a rózsaszínnel jelölt elektront.
Emiatt a rózsaszínnel jelölt elektronra
az atommagban lévő 3 pozitív töltés
sokkal, sokkal erősebben hat.
Így sokkal nagyobb erő vonzza a rózsaszínnel jelölt elektront
az atommag felé.
Ezért több energiára van szükség
ennek az elektronnak a leszakításához.
A kisebb árnyékoló hatás miatt
a második elektront sokkal nehezebb leszakítani,
mint az elsőt.
Így jelentős növekedést tapasztalunk
az első és a második ionizációs energia értéke közt.
Utolsó tényezőként a távolságot említettük,
a távolságot a rózsaszínnel jelölt elektron
és az atommag között.
A bal oldalon, a semleges lítiumatomban
ez az elektron a második energiaszinten van,
azaz távolabb van, mint ez az elektron.
Ez az elektron az első energiaszinten, az 1s alhéjon van,
ez a távolság tehát kisebb, mint a bal oldalon.
Mivel a távolság kisebb,
erre a rózsaszínnel jelölt elektronra
erősebben hat az atommag vonzóereje.
Ez ismét a Coulomb-törvény.
Így nagyobb vonzóerő érvényesül,
és több energia szükséges az elektron eltávolításához.
A második elektron eltávolítása tehát
sokkal több energiát igényel, mint az elsőé,
így az ionizációs energia jelentősen növekszik.
A távolság hatása tehát az,
hogy a közelebbi elektron eltávolításához több energia szükséges.
Ez egy újabb oka annak,
hogy a második ionizációs energia sokkal nagyobb, mint az első.
Óriási energia kell
a második elektron eltávolításához.
Ez megmagyarázza, hogy a lítium miért képez egyszeresen pozitív kationt,
hiszen közel sem kell annyi energia
egyetlen elektron eltávolításához, mint két elektronhoz
kétszeresen pozitív kation képződése esetén.
Ezzel a módszerrel megállapíthatjuk, hogy milyen ion keletkezhet.
Nézzük meg az ionizációs energiákat, és ha ezekben nagy ugrást látunk,
akkor ennek alapján eldönthető, hogy milyen ion képződik könnyebben.