1
00:00:01,710 --> 00:00:03,870
Az ionizációs energia az az energia,

2
00:00:03,870 --> 00:00:07,840
amely ahhoz szükséges, hogy egy elektront egy semleges atomból eltávolítsunk.

3
00:00:07,840 --> 00:00:11,065
Ez az A betű egy semleges atomot jelképez,

4
00:00:11,065 --> 00:00:14,110
amelyben a protonok és elektronok száma egyenlő.

5
00:00:14,110 --> 00:00:16,129
Mivel a pozitív töltésű atommag

6
00:00:16,129 --> 00:00:19,290
vonzza a negatív töltésű elektronokat,

7
00:00:19,290 --> 00:00:22,540
energia szükséges ahhoz,
hogy egy elektront eltávolítsunk

8
00:00:22,540 --> 00:00:25,200
a mag vonzásköréből.

9
00:00:25,200 --> 00:00:27,500
Ezt az energiát nevezzük ionizációs energiának.

10
00:00:27,500 --> 00:00:29,062
Ha eltávolítunk egy elektront,

11
00:00:29,062 --> 00:00:31,720
akkor a protonok és az elektronok száma
már nem lesz egyenlő.

12
00:00:31,720 --> 00:00:33,980
Eggyel több proton marad, mint elektron.

13
00:00:33,980 --> 00:00:35,810
Egyszeres pozitív töltéstöbblet alakul ki,

14
00:00:35,810 --> 00:00:37,660
azaz ion keletkezik.

15
00:00:37,660 --> 00:00:41,930
Az ionizációs energia mindig pozitív,

16
00:00:41,930 --> 00:00:45,310
vagyis az elektron eltávolítása energiát igényel.

17
00:00:45,310 --> 00:00:47,950
Az ionizációs energia értéke tehát pozitív,

18
00:00:47,950 --> 00:00:52,022
a mértékegysége pedig a kJ/mol.

19
00:00:52,022 --> 00:00:53,480
Ebben a videóban

20
00:00:53,480 --> 00:00:56,150
csak az első ionizációs energiáról beszélünk.

21
00:00:56,150 --> 00:00:58,230
Erre az IE 1 jelölést használjuk.

22
00:00:58,230 --> 00:01:01,700
Lássuk az ionizációs energia néhány tényleges értékét

23
00:01:01,700 --> 00:01:03,370
az 1. csoport elemeinek esetében.

24
00:01:03,370 --> 00:01:05,940
Itt látható az 1. csoport néhány eleme.

25
00:01:05,940 --> 00:01:11,150
A hidrogén esetében 1312 kJ/mol energia

26
00:01:11,150 --> 00:01:15,310
szükséges egy elektron eltávolításához.

27
00:01:15,310 --> 00:01:19,240
A lítium esetében 520 kJ/mol energiát igényel

28
00:01:19,240 --> 00:01:20,900
az elektron eltávolítása.

29
00:01:20,900 --> 00:01:24,470
Láthatjuk, hogy lefelé haladva
ez az érték csökken.

30
00:01:24,470 --> 00:01:26,170
A nátrium esetében 496.

31
00:01:26,170 --> 00:01:28,380
A káliumnál 419.

32
00:01:28,380 --> 00:01:29,860
A változás iránya egyértelmű.

33
00:01:29,860 --> 00:01:33,870
A periódusos rendszer egy oszlopában
lefelé haladva

34
00:01:33,870 --> 00:01:37,230
az ionizációs energia határozottan csökken,

35
00:01:37,230 --> 00:01:40,920
azaz egyre könnyebben távolíthatunk el egy elektront.

36
00:01:40,920 --> 00:01:43,870
Lássuk, hogy kitaláljuk-e ennek az okát.

37
00:01:43,870 --> 00:01:47,400
Ehhez részletesen megvizsgálunk két elemet,

38
00:01:47,400 --> 00:01:49,410
a hidrogént és a lítiumot..

39
00:01:49,410 --> 00:01:51,990
Nézzük ezeket az ábrákat.

40
00:01:51,990 --> 00:01:54,817
Ki fogjuk egészíteni őket 
a hidrogén és a lítium esetére

41
00:01:54,817 --> 00:01:58,110
Először lássuk a hidrogént.

42
00:01:58,110 --> 00:02:00,420
A hidrogén rendszáma 1.

43
00:02:00,420 --> 00:02:02,610
Az atommagjában 1 proton van.

44
00:02:02,610 --> 00:02:04,190
A mag egyszeresen pozitív töltésű.

45
00:02:04,190 --> 00:02:06,024
A semleges atomban egy elektron is van.

46
00:02:06,024 --> 00:02:09,600
Iderajzoljuk ezt az elektront is.

47
00:02:09,600 --> 00:02:12,130
Az elektronszerkezet jelölése 1s1.

48
00:02:12,130 --> 00:02:15,410
Az egyetlen elektron tehát egy s pályán van,

49
00:02:15,410 --> 00:02:17,580
az első energiaszinten.

50
00:02:17,580 --> 00:02:19,490
Erre a negatív töltésű elektronra

51
00:02:19,490 --> 00:02:21,920
hat a pozitív töltésű mag vonzóereje,

52
00:02:21,920 --> 00:02:24,630
így az eltávolításához energiát kell befektetni.

53
00:02:24,630 --> 00:02:28,160
Ha tehát mólonként 1312 KJ energiát közlünk vele,

54
00:02:28,160 --> 00:02:30,356
el tudjuk távolítani ezt az elektront.

55
00:02:30,356 --> 00:02:33,728
Csak az egyszeresen pozitív töltésű
atommag marad vissza,

56
00:02:33,728 --> 00:02:35,420
amely körül nincs elektron.

57
00:02:35,420 --> 00:02:37,128
Ez már nem semleges atom,

58
00:02:37,128 --> 00:02:38,270
hanem ion.

59
00:02:38,270 --> 00:02:44,617
A jele H+, mivel az atommagban van egy pozitív töltés, de nincsenek elektronok. Tehát H+.

60
00:02:44,617 --> 00:02:48,410
Tehát ez itt az ionizációs energia fogalma.

61
00:02:48,410 --> 00:02:49,920
Lássuk a lítiumot.

62
00:02:49,920 --> 00:02:51,990
Ezt alulra rajzolom.

63
00:02:51,990 --> 00:02:53,860
A lítium rendszáma 3,

64
00:02:53,860 --> 00:02:56,370
tehát a magjában 3 proton van.

65
00:02:56,370 --> 00:02:58,900
A semleges atomban 3 elektron van.

66
00:02:58,900 --> 00:03:03,440
Az elektronszerkezete 1s2 2s1.

67
00:03:03,440 --> 00:03:06,335
Két elektron van az első energiaszinten,

68
00:03:06,335 --> 00:03:07,750
egy s pályán.

69
00:03:07,750 --> 00:03:09,750
Ezeket ide rajzolom.

70
00:03:09,750 --> 00:03:11,770
Ez a két elektron, amit most rajzoltam,

71
00:03:11,770 --> 00:03:14,620
jelképezi az első energiaszint két elektronját.

72
00:03:14,620 --> 00:03:17,260
A második energiaszinten van még egy elektron.

73
00:03:17,260 --> 00:03:20,480
Ezt is iderajzolom.

74
00:03:20,480 --> 00:03:24,240
Ha a lítiumatomból szeretnénk
eltávolítani egy elektront,

75
00:03:24,240 --> 00:03:27,890
a külső távozna a legkönnyebben,

76
00:03:27,890 --> 00:03:29,530
a 2s alhéj elektronja.

77
00:03:29,530 --> 00:03:33,880
520 kJ/mol energia befektetésével

78
00:03:33,880 --> 00:03:36,160
el lehet távolítani ezt az elektront.

79
00:03:36,160 --> 00:03:41,350
Így megmarad a háromszorosan
pozitív töltésű atommag,

80
00:03:41,350 --> 00:03:45,719
és megmaradnak az 1s alhéj elektronjai is.

81
00:03:45,719 --> 00:03:47,760
Ezeket iderajzolom.

82
00:03:47,760 --> 00:03:51,000
A külső elektront eltávolítottuk.

83
00:03:51,000 --> 00:03:53,420
Így lítium kation-keletkezett.

84
00:03:53,420 --> 00:03:55,640
Jelölése Li+, mivel

85
00:03:55,640 --> 00:03:58,060
három pozitív töltés van a magjában.

86
00:03:58,060 --> 00:03:59,450
és csak két elektronja.

87
00:03:59,450 --> 00:04:01,870
Háromból kettő az egy.

88
00:04:01,870 --> 00:04:04,280
A lítiumion elektronszerkezete

89
00:04:04,280 --> 00:04:07,320
1s2, hiszen eltávolítottuk

90
00:04:07,320 --> 00:04:10,210
a külső elektront a 2s alhéjról.

91
00:04:10,210 --> 00:04:13,132
Így mutathatjuk be

92
00:04:13,132 --> 00:04:15,390
a hidrogén és a lítium ionizációját.

93
00:04:15,390 --> 00:04:18,190
Ezután megvizsgálunk néhány tényezőt,

94
00:04:18,190 --> 00:04:20,100
amelyek befolyásolják az ionizációs energiát.

95
00:04:20,100 --> 00:04:22,805
Először a magtöltésről beszélünk.

96
00:04:22,805 --> 00:04:27,290
Hadd írjam ezt ide.

97
00:04:27,290 --> 00:04:32,864
A magtöltés lényege, hogy 
minél több pozitív töltés van a magban,

98
00:04:32,864 --> 00:04:36,830
annál nagyobb vonzóerő hat az elektronra,

99
00:04:36,830 --> 00:04:41,030
vagyis annál nehezebb
ezt az elektront eltávolítani.

100
00:04:41,030 --> 00:04:44,810
Általánosságban úgy vehetjük,
hogy a nagyobb magtöltés

101
00:04:44,810 --> 00:04:47,350
nagyobb ionizációs energiát eredményez,

102
00:04:47,350 --> 00:04:49,530
hiszen nagyobb vonzóerőt jelent

103
00:04:49,530 --> 00:04:50,520
az elektronok számára.

104
00:04:50,520 --> 00:04:52,910
Tekintsük hát az előbbi két példát,

105
00:04:52,910 --> 00:04:54,680
és kezdjük a hidrogénnel.

106
00:04:54,680 --> 00:04:57,440
A hidrogén atommagjában
1 pozitív töltés van.

107
00:04:57,440 --> 00:05:01,210
Ezt a külső elektront a mag felé vonzza

108
00:05:01,210 --> 00:05:03,000
a pozitív töltés.

109
00:05:03,000 --> 00:05:06,420
A lítium atommagjában 3 pozitív töltés van,

110
00:05:06,420 --> 00:05:08,300
azaz nagyobb a mag töltése.

111
00:05:08,300 --> 00:05:10,816
Ha csupán a mag töltését vennénk figyelembe,

112
00:05:10,816 --> 00:05:12,440
azt gondolhatnánk, hogy ezt az elektront

113
00:05:12,440 --> 00:05:14,590
még nagyobb erő vonzza befelé,
mint a hidrogénben,

114
00:05:14,590 --> 00:05:17,110
hiszen a 3 több, mint az 1.

115
00:05:17,110 --> 00:05:19,080
A magtöltés önmagában

116
00:05:19,080 --> 00:05:22,122
ebben a két esetben azt sugallná,

117
00:05:22,122 --> 00:05:27,709
hogy a lítium külső elektronjára
nagyobb magvonzás hat.

118
00:05:27,709 --> 00:05:30,000
Így azt hihetnénk,
hogy ennek az elektronnak az eltávolítása

119
00:05:30,000 --> 00:05:31,270
több energiát igényel.

120
00:05:31,270 --> 00:05:33,570
Pusztán a magtöltést figyelembe véve

121
00:05:33,570 --> 00:05:37,700
azt feltételezhetnénk,
hogy az ionizációs energia vele együtt nő.

122
00:05:37,700 --> 00:05:40,430
Ezután ejtsünk szót
az elektronok árnyékoló hatásáról.

123
00:05:40,430 --> 00:05:46,340
Az árnyékoló hatást árnyékolásnak is nevezzük.

124
00:05:46,340 --> 00:05:49,230
Az árnyékoló hatás lényege az,

125
00:05:49,230 --> 00:05:52,290
hogy a belső héjakon lévő elektronok

126
00:05:52,290 --> 00:05:54,670
leárnyékolják a külső elektronokat

127
00:05:54,670 --> 00:05:57,110
az atommag pozitív töltése elől.

128
00:05:57,110 --> 00:05:59,210
Lássuk mindezt a lítium példáján.

129
00:05:59,210 --> 00:06:03,120
Ezek az elektronok itt a belső héjon

130
00:06:03,120 --> 00:06:05,630
taszítják a külső héj elektronjait.

131
00:06:05,630 --> 00:06:07,470
Ez a kék elektron tehát

132
00:06:07,470 --> 00:06:09,120
taszítja a zöld elektront,

133
00:06:09,120 --> 00:06:12,890
s ez a másik kék elektron úgyszintén.

134
00:06:12,890 --> 00:06:18,063
Így ezek leárnyékolják a zöld külső elektront

135
00:06:18,063 --> 00:06:20,450
a 3 pozitív töltés elöl,

136
00:06:20,450 --> 00:06:22,900
hiszen az elektronok taszítják a többi elektront.

137
00:06:22,900 --> 00:06:25,500
Az azonos töltések taszítják egymást.

138
00:06:25,500 --> 00:06:29,650
Ezt jelenti az elektronok árnyékoló hatása.

139
00:06:29,650 --> 00:06:31,510
Ha csak ezt a tényezőt vennénk figyelembe,

140
00:06:31,510 --> 00:06:33,840
a lítium esetében

141
00:06:33,840 --> 00:06:35,740
a belső héj két elektronja

142
00:06:35,740 --> 00:06:39,450
leárnyékolja a külső héjon lévő elektront.

143
00:06:39,450 --> 00:06:42,350
Ellentétes irányú erőt fejtenek ki rá.

144
00:06:42,350 --> 00:06:43,640
Ez azt jelenti,

145
00:06:43,640 --> 00:06:47,810
hogy könnyebbé válik a külső elektron eltávolítása

146
00:06:47,810 --> 00:06:50,030
a többi elektron taszítóereje miatt.

147
00:06:50,030 --> 00:06:53,840
Ha csak az elektronok
árnyékoló hatása érvényesülne,

148
00:06:53,840 --> 00:06:56,850
könnyebb lenne eltávolítani
a lítium külső elektronját

149
00:06:56,850 --> 00:06:58,020
az árnyékoló hatás miatt.

150
00:06:58,020 --> 00:07:00,238
Ezért kevesebb energiára lenne szükség,

151
00:07:00,238 --> 00:07:02,790
tehát az ionizációs energia csökkenne,

152
00:07:02,790 --> 00:07:04,500
ha csak ez a tényező érvényesülne.

153
00:07:04,500 --> 00:07:08,500
Azonban magtöltés és az árnyékolás
mindig együtt hatnak.

154
00:07:08,500 --> 00:07:10,250
Ennek kifejezésére

155
00:07:10,250 --> 00:07:14,134
az effektív magtöltés fogalmát alkalmazzuk.

156
00:07:14,134 --> 00:07:15,550
Tehát a folytatáshoz felírom

157
00:07:15,550 --> 00:07:18,290
az effektív magtöltés jelét (Z eff),

158
00:07:18,290 --> 00:07:20,920
amit úgy kapunk, meg, hogy a magtöltésből (Z)

159
00:07:20,920 --> 00:07:24,860
kivonjuk az árnyékoló elektronok hatását.

160
00:07:24,860 --> 00:07:27,650
Így fejezhetjük ki,

161
00:07:27,650 --> 00:07:30,840
nagyon leegyszerűsített módon.

162
00:07:30,840 --> 00:07:33,450
Nézzük először a hidrogént,

163
00:07:33,450 --> 00:07:36,860
és számítsuk ki az elektronra ható
effektív magtöltést.

164
00:07:36,860 --> 00:07:40,220
A magban van 1 pozitív töltés,

165
00:07:40,220 --> 00:07:42,900
ez a magtöltés (Z).

166
00:07:42,900 --> 00:07:44,410
Árnyékoló elektron nincsen.

167
00:07:44,410 --> 00:07:46,820
1 mínusz 0, az természetesen 1.

168
00:07:46,820 --> 00:07:48,820
Erre a külső elektronra tehát

169
00:07:48,820 --> 00:07:51,570
+1 effektív magtöltés hat.

170
00:07:51,570 --> 00:07:54,960
A lítium atommagjában 3 proton van.

171
00:07:54,960 --> 00:07:57,490
Itt a Z értéke +3.

172
00:07:57,490 --> 00:07:59,590
Van 2 árnyékoló elektron,

173
00:07:59,590 --> 00:08:01,330
ez a 2 elektron a belső héjon.

174
00:08:01,330 --> 00:08:03,690
Ez +3 mínusz 2.

175
00:08:03,690 --> 00:08:07,580
Az effektív magtöltés tehát +1.

176
00:08:07,580 --> 00:08:12,310
Az így kifejezett effektív magtöltés,

177
00:08:12,310 --> 00:08:14,740
amely a hidrogénatom elektronjára hat,

178
00:08:14,740 --> 00:08:18,800
körülbelül ugyanakkora, mint
a lítiumatom külső elektronjára ható töltés,

179
00:08:18,800 --> 00:08:22,580
hiszen mindkettő esetében ugyanúgy +1 az effektív magtöltés.

180
00:08:22,580 --> 00:08:25,960
A lítiumatomban fellépő árnyékoló hatás

181
00:08:25,960 --> 00:08:29,170
mintegy lerontja

182
00:08:29,170 --> 00:08:30,830
a magtöltés hatását.

183
00:08:30,830 --> 00:08:33,780
Ez a két hatás tehát kioltja egymást.

184
00:08:33,780 --> 00:08:36,267
Ez természetesen csak
egy nagyon leegyszerűsített módszer

185
00:08:36,267 --> 00:08:38,100
az effektív magtöltés kiszámítására.

186
00:08:38,100 --> 00:08:41,740
A valóságban a lítium esetében,
a bonyolultabb módszerrel számolva

187
00:08:41,740 --> 00:08:44,600
1,3 körüli értéket kapunk.

188
00:08:44,600 --> 00:08:47,470
A lítium effektív magtöltését tehát

189
00:08:47,470 --> 00:08:52,110
+1 körüli értéknek mondhatjuk,

190
00:08:52,110 --> 00:08:55,180
noha a pontosabb értéke 1,3 körülinek adódna.

191
00:08:55,180 --> 00:08:59,910
Tehát úgy vehetjük, hogy a lítiumatomban
az elektronok árnyékoló hatása

192
00:08:59,910 --> 00:09:02,480
lerontja a megnövekedett magtöltést.

193
00:09:02,480 --> 00:09:04,400
Végül lássuk az utolsó tényezőt,

194
00:09:04,400 --> 00:09:05,820
hogy megértsük ezt a trendet.

195
00:09:05,820 --> 00:09:08,090
Az utolsó tényező a távolság

196
00:09:08,090 --> 00:09:11,490
a külső elektron és az atommag között.

197
00:09:11,490 --> 00:09:12,770
Tekintsük át ezt is.

198
00:09:12,770 --> 00:09:17,450
A hidrogén esetében ez az elektron
egészen közel van az atommaghoz.

199
00:09:17,450 --> 00:09:20,430
A közelséggel együtt

200
00:09:20,430 --> 00:09:21,970
a mag vonzása is erősebbé válik.

201
00:09:21,970 --> 00:09:23,980
Fizikából tudjuk,
hogy Coulomb törvénye alapján

202
00:09:23,980 --> 00:09:25,360
a vonzás erőssége függ a távolságtól.

203
00:09:25,360 --> 00:09:26,537
Minél kisebb a távolság,

204
00:09:26,537 --> 00:09:28,450
annál nagyobb a vonzóerő.

205
00:09:28,450 --> 00:09:30,730
Erre az elektronra tehát
nagyon erős vonzóerő hat,

206
00:09:30,730 --> 00:09:33,040
így nehéz eltávolítani.

207
00:09:33,040 --> 00:09:35,890
A lítium esetében a külső héj elektronja

208
00:09:35,890 --> 00:09:38,140
átlagosan távolabb van az atommagtól,

209
00:09:38,140 --> 00:09:41,500
ezért nem hat rá olyan erősen

210
00:09:41,500 --> 00:09:43,930
az atommag vonzása.

211
00:09:43,930 --> 00:09:45,763
Mivel a vonzóerő nem túl nagy,

212
00:09:45,763 --> 00:09:50,580
ezt a külső elektront könnyebb eltávolítani.

213
00:09:50,580 --> 00:09:53,720
Ebből természetesen az is következik,
hogy az ionizációs energia kisebb lesz.

214
00:09:53,720 --> 00:09:55,320
A távolság hatása tehát az,

215
00:09:55,320 --> 00:09:58,220
hogy könnyebb eltávolítani a külső elektront

216
00:09:58,220 --> 00:10:01,680
a lítiumatomból, mivel távolabb van az atommagtól.

217
00:10:01,680 --> 00:10:04,240
Ha együttesen tekintjük ezt a három tényezőt,

218
00:10:04,240 --> 00:10:07,510
a magtöltés és az elektronok árnyékoló hatása

219
00:10:07,510 --> 00:10:09,020
mintegy lerontják egymást.

220
00:10:09,020 --> 00:10:11,830
Ezért úgy tekinthetjük, hogy a távolság az a tényező,

221
00:10:11,830 --> 00:10:15,870
aminek az alapján a csoportokban magyarázható

222
00:10:15,870 --> 00:10:18,330
az ionizációs energia változása.