A korábbi videókban
csak az első ionizációs energiáról beszéltünk.
Ebben a videóban összehasonlítjuk
az első és második ionizációs energiákat,
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
leszakíthatjuk ezt a külső elektront.
Ennek a leszakításához szükséges
az úgynevezett első ionizációs energia.
Ennek az elektronnak a leszakítása
mintegy 520 kJ/mol energiát igényel.
Miután ezt az elektront leszakítottuk,
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 egy leszakadt.
Háromból kettő az annyi mint plusz egy.
Ez tehát az egyszeresen pozitív lítium kation.
Az elektronkonfiguráció pedig csupán
1s2, mert a 2s alhéjról leszakadt az elektron.
Haladjuk tovább.
Valamivel több energia közlésével újabb elektront szakíthatunk le.
Most ezt az elektront szakítsuk le.
Tehát egy második elektront fogunk leszakítani,
ekkor már nem első ionizációs energiáról,
hanem második ionizációs energiáról beszélünk,
mivel ez a második elektron leszakításához szükséges.
Ennek értéke kb. 7298 kJ/molnak adódik.
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.
Ez kétszeresen pozitív lítium kation,
hiszen háromból egy az kettő.
Ez tehát a lítium(II)-kation, amelynek elektronszerkezetében
az 1s alhéjon csak egy elektron van, ennek a jele 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 energiákban.
Azt a három tényezőt fogjuk vizsgálni,
amelyeket a korábbi videókban említettünk.
Az első tényező a magtöltés volt,
amely az atommagban lévő protonok számára vonatkozik.
A semleges lítiumatom esetében
3 pozitív töltés van az atommagban.
Ez a pozitív töltés vonzza
a vörös színnel 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 hatása, más néven
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Az elektronok árnyékoló hatását
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 vörössel 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 vörössel jelölt elektronra tehát
nem a teljes magtöltés hat, ami +3,
hanem csak az effektív magtöltés,
amely +1 körüli érték, a valóságban kb. 1,3
ha pontosabban számoljuk.
Az elektronok árnyékoló hatása tehát
összességében csökkenti a magtöltés hatását
a vörössel jelölt elektronra.
Lássuk most ezt a másik elektront,
a vörössel jelölt elektronról beszélek,
az egyszeresen pozitív lítium kationban.
Ez már más helyzet.
Itt nem sok árnyékolás van.
Ez a másik elektron egy kissé taszítja ugyan,
de nincs olyan belső elektron, amely
taszítaná a vörössel jelölt elektront.
Emiatt a vörössel jelölt elektronra
az atommagban lévő 3 pozitív töltés
sokkal, sokkal erősebben hat.
Így sokkal nagyobb erő vonzza a vörössel jelölt elektront
az atommag felé.
Ezért több energiára van szükség
ennek az elektronnak a leszakításához.
Az elektronok árnyékoló hatása 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 vörössel jelzett 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 vörössel jelölt elektronra
erősebben hat az atommag vonzóereje.
Ez ismét Coulomb törvénye.
Így nagyobb vonzóerő érvényesül,
és több energia szükséges az elektron leszakításához.
A második elektron leszakítása tehát
sokkal több energiát igényel, mint az elsőé,
így az ionizációs energia jelentősen nő.
A távolság hatása tehát az,
hogy a közelebbi elektron leszakításához több energia szükséges.
Ez egy újabb ok arra, hogy a második ionizációs energia
sokkal nagyobb, mint az első.
Ménkű sok energia kell
a második elektron leszakításához.
Ez megmagyarázza, hogy a lítium miért képez egyszeresen pozitív kationt,
hiszen egyetlen elektron leszakítása
közel sem igényel akkora energiát, mint két elektroné,
amit a kétszeresen pozitív kation képződésése igényel.
Ez egy módszer annak a megállapítására, hogy milyen ion keletkezhet.
Figyeljük meg az ionizációs energiákat, és ha nagy ugrást látunk,
annak alapján megállapítható, hogy melyik ion képződik könnyebben.