Μεταβολή ενέργειας ιοντισμού στην περίοδο

Μεταβολή της ενέργειας ιοντισμού κατά μήκος μιας περιόδου. Εξήγηση με βάση την προάσπιση και το δραστικό πυρηνικό φορτίο.

Στο βίντεο αυτό θα δούμε

τις τάσεις στον περιοδικό πίνακα για την
ενέργεια ιοντισμού.

Για αυτήν την περίοδο,

μπορούμε να πάμε από το λίθιο,

μέχρι το νέον,

προς αυτή την κατεύθυνση στον
περιοδικό πίνακα,

γενικά υπάρχει αύξηση

στην ενέργεια ιοντισμού.

Για το λίθιο είναι 520KJ/mol.

Για το βηρύλλιο ανεβαίνει στα 900KJ/mol,

και συνεχίζει η αύξηση γενικά

στις ενέργειες ιοντισμού μέχρι
το νέον.

Κατα μήκος μιας περιόδου,

αυξάνεται η ενέργεια ιοντισμού.

Αυτό γιατί,

σε μια περίοδο,

αυξάνεται το δραστικό
πυρηνικό φορτίο προς τα δεξιά.

Αύξηση στο Ζ δραστικό.

Θυμηθείτε ότι ο τύπος είναι

ότι το δραστικό πυρηνικό φορτίο ισούται με

τον αριθμό των πρωτονίων, Ζ

και αφαιρούμε το S

που είναι τα εσωτερικά ηλεκτρόνια

που κάνουν προάσπιση.

Ας το δούμε με λεπτομέρεια,

κοιτάζοντας το λίθιο και το βηρύλλιο.

Το λίθιο έχει ατομικό αριθμό 3,

οπότε 3 πρωτόνια στον πυρήνα,

3 θετικά φορτία,

η δομή του λιθίου όπως ξέρουμε

είναι 1s2 2s1.

Οπότε 2 ηλεκτρόνια στο 1s τροχιακό,

και 1 ηλεκτρόνιο στο 2s τροχιακό.

Το βηρύλλιο έχει ένα επιπλέον πρωτόνιο

και ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο.

Περισσότερα πρωτόνια στον
πυρήνα, +4 φορτίο,

και για το βηρύλλιο η δομή είναι

1s2 2s2 .

2 ηλεκτρόνια σε 1s τροχιακό,

και 2 ηλεκτρόνια σε 2s τροχιακό.

Ας υπολογίσουμε το
δραστικό πυρηνικό φορτίο

και για τα δυο,

και πρώτα για το λίθιο.

Για το λίθιο,

έχουμε +3 φορτίο στον πυρήνα,

οπότε το δραστικό πυρηνικό φορτίο
ισούται με +3,

και αφαιρούμε τα εσωτερικά

ηλεκτρόνια που κάνουν προάσπιση
στα εξωτερικά ηλεκτρόνια,

εδώ έχουμε 2 ,

2 ηλεκτρόνια που κάνουν
προάσπιση στα εξωτερικά,

στα ηλεκτρόνια σθένους, από
το θετικό φορτίο +3.

Τα όμοια φορτία απωθούνται,

αυτό το ηλεκτρόνιο θα απωθεί

αυτό το ηλεκτρόνιο,

και αυτό απωθεί αυτό.

Τα 2 εσωτερικά ηλεκτρόνια στο λίθιο

κάνουν προάσπιση,

προστατεύουν το εξωτερικό ηλεκτρόνιο

από το +3 φορτίο.

2 ηλεκτρόνια κάνουν προάσπιση,

για έναν γρήγορο υπολογισμό
δραστικού πυρηνικού φορτίου

+3 - 1 = +1

για το δραστικό πυρηνικό φορτίο.

Είναι σαν το εξωτερικό
ηλεκτρόνιο του λιθίου

να νιώθει πυρηνικό φορτίο +1,

που το έλκει προς τον πυρήνα.

Υπάρχει έλξη μεταξύ του
εξωτερικού ηλεκτρονίου

και του πυρήνα.

Ο υπολογισμός για αυτό,

το Ζ

το S πρέπει να πω, δεν χρειάζεται
να είναι ακέραιος

η τιμή για το λίθιο είναι

1,3 αλλά ο γρήγορος υπολογισμός

μας δίνει +1.

Ας κάνουμε το ίδιο για το βηρύλλιο ,

το δραστικό πυρηνικό φορτίο
για το βηρύλλιο

ισούται με τα πρωτόνια,

που είναι 4 ,

και αφαιρούμε τα εσωτερικά ηλεκτρόνια

που κάνουν προάσπιση.

Είναι παρόμοια κατάσταση,

έχουμε 2 εσωτερικά ηλεκτρόνια που
κάνουν προάσπιση

στο εξωτερικό ηλεκτρόνιο, απωθούν

το εξωτερικό ηλεκτρόνιο,

προασπίζοντας το εξωτερικό ηλεκτρόνιο
από το πλήρες θετικό φορτίο

+4 του πυρήνα.

Υπάρχουν 2 εσωτερικά ηλεκτρόνια,

οπότε το δραστικό πυρηνικό φορτίο είναι

+4-2,

οπότε παίρνουμε αποτέλεσμα +2.

Στην πραγματικότητα η τιμή είναι

κοντά στο 1,9

γιατί το βηρύλλιο έχει ένα ακόμα
ηλεκτρόνιο

στο 2s τροχιακό εδώ,

που επηρεάζει αυτό το ηλεκτρόνιο λίγο.

Το απωθεί,

μειώνοντας το δραστικό πυρηνικό φορτίο

σε περίπου 1,9.

Για γρήγορο υπολογισμό το +2
είναι μια χαρα.

Το εξωτερικό ηλεκτρόνιο στο βηρύλλιο ,

ας το επιλέξω πάλι,

νιώθει το δραστικό πυρηνικό φορτίο

+2 που σημαίνει ότι

θα έλκεται προς τον πυρήνα,

υπάρχει μεγαλύτερη έλξη στο
εξωτερικό ηλεκτρόνιο

για το βηρύλλιο σε σύγκριση με αυτό
το εξωτερικό ηλεκτρόνιο

στο λίθιο.

Το δραστικό πυρηνικό φορτίο είναι
+1

για το εξωτερικό ηλεκτρόνιο,

εξαιτίας αυτού, το βηρύλλιο
είναι μικρότερο.

Το 2s τροχιακό γίνεται μικρότερο,
και το άτομο

γίνεται μικρότερο.

Το βηρύλλιο είναι μικρότερο από το λίθιο.

Το εξωτερικό ηλεκτρόνιο εδώ,

ας αλλάξω χρώμα,

το εξωτερικό ηλεκτρόνιο του
βηρυλλίου είναι πιο κοντά

στον πυρήνα από αυτό του λιθίου.

Νιώθει μεγαλύτερη έλξη,

οπότε απαιτεί μεγαλύτερη ενέργεια

για να αποσπαστεί από το
ουδέτερο βηρύλλιο,

οπότε έχει μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισμού.

Το βηρύλλιο έχει ενέργεια ιοντισμού

900KJ/mol,

σε σύγκριση με το λίθιο με 520KJ/mol.

Έχει να κάνει με το δραστικό
πυρηνικό φορτίο.

Μέχρι στιγμής συγκρίναμε το λίθιο
και το βηρύλλιο

και είδαμε ότι η ενέργεια ιοντισμού

πήγα από το 520K/mol

στα 900KJ/mol,

αυτό εξαιτίας του

αυξημένου δραστικού πυρηνικού φορτίου
για το βηρύλλιο,

ας καθώς πάμε στο βόριο,

αυξάνεται το δραστικό πυρηνικό φορτίο,

αλλά η ενέργεια ιοντισμού πάει

από τα 900KJ/mol για το βηρύλλιο

στα 800KJ/mol για το βόριο,

υπάρχει μια μικρή μείωση στην
ενέργεια ιοντισμού.

Ας δούμε την ηλεκτρονιακή δομή του βορίου

για να το εξηγήσουμε.

Το βόριο έχει 5 ηλεκτρόνια,

έχει δομή 1s2,

2s2 2p1.

Το πέμπτο ηλεκτρόνιο είναι σε 2p τροχιακό,

με υψηλότερη ενέργεια

από το 2s τροχιακό, που σημαίνει

ότι το ηλεκτρόνιο στο 2p τροχιακό

βρίσκεται πιο μακριά από τον πυρήνα

από τα ηλεκτρόνια στο 2s τροχιακό.

Ας το σχεδιάσουμε πρόχειρα,

αυτό είναι το 2s τροχιακό,

έχω 2 ηλεκτρόνια,

και αυτό το ηλεκτρόνιο είναι στο
2p τροχιακό

πιο μακριά από τον πυρήνα.

Αυτά τα 2 ηλεκτρόνια στο
2s τροχιακό

απωθεί αυτό το ηλεκτρόνιο στο
2p τροχιακό.

Υπάρχει περισσότερη προάσπιση

των 2 p ηλεκτρονίων από
το πλήρες φορτίο

του πυρήνα.

Αν και έχουμε 5 ηλεκτρόνια στον πυρήνα,

και +5 φορτίο για το βόριο,

το γεγονός ότι αυτά τα 2 s ηλεκτρόνια

προσθέτουμε λίγη επιπλέον προάσπιση
σημαίνει

ότι είναι ευκολότερο να
αποσπάσουμε το ηλεκτρόνιο.

Τελικά είναι ευκολότερο να αποσπάσουμε

αυτό το ηλεκτρόνιο στο 2p τροχιακό

εξαιτίας αυτών των 2 s ηλεκτρονίων.

Αυτός είναι ο λόγος για την μικρή μείωση

στην ενέργεια ιοντισμού.

Καθώς πάμε από το βόριο στον άνθρακα,

βλέπουμε αύξηση στην ενέργεια ιοντισμού,

από τον άνθρακα στο άζωτο,

αύξηση στην ενέργεια ιοντισμού.

Πάλι, αποδίδουμε αυτή την αύξηση

στο δραστικό πυρηνικό φορτίο,

αλλά από το άζωτο στο οξυγόνο,

βλέπουμε πάλι μείωση.

Από τα 1400KJ/mol ,

στα 1300KJ/mol για το οξυγόνο.

Ας το εξηγήσουμε γράφοντας

τις δομές για το άζωτο και το οξυγόνο.

Το άζωτο έχει 7 ηλεκτρόνια.

Η δομή του είναι

1s2 2s2 2p3.

'Ετσι τακτοποιούνται τα 7 ηλεκτρόνια.

Για το οξυγόνο έχουμε ακόμα 1 ηλεκτρόνιο,

οπότε 1s2 2s2 2p4

δομή για το οξυγόνο.

Ας τα γράψουμε με συμβολισμό τροχιακών

τo 2s τροχιακό και το 2p τροχιακό.

Για το άζωτο, εδώ είναι το 2s.

Έχουμε 2 ηλεκτρόνιο εκεί,

ας σχεδιάσουμε 2 ηλεκτρόνια.

Και για τα 2 p τροχιακά,

έχουμε τρία ηλεκτρόνια.

Εδώ είναι τα 2 p τροχιακά,

και ας σχεδιάσουμε 3 ηλεκτρόνια

με τροχιακά.

Ας κάνουμε το ίδιο για το οξυγόνο.

Υπάρχουν 2 s τροχιακά για το οξυγόνο,
που είναι πλήρη

ας τα σχεδιάσω,

και έχουμε 4 ηλεκτρόνια σε 2 p τροχιακά.

Ας σχεδιάσω τα 2 p τροχιακά.

Υπάρχει 1 ηλεκτρόνιο,

δυο, τρία,

και δείτε τι συμβαίνει όταν βάζουμε
το τέταρτο ηλεκτρόνιο.

Το βάζουμε σε τροχιακό που ήδη

έχει ηλεκτρόνιο,

όταν βάζουμε το τέταρτο ηλεκτρόνιο
σε p τροχιακό,

απωθείται από το ηλεκτρόνιο
που υπάρχει ήδη,

οπότε είναι ευκολότερο να απομακρύνουμε
ένα από αυτά τα ηλεκτρόνια,

τα ηλεκτρόνια έχουν ίδιο φορτίο,

και απωθούνται.

Αυτός είναι ο λόγος

για την μικρή μείωση
στην ενέργεια ιοντισμού.

Τελικά είναι ευκολότερο

να απομακρύνουμε ηλεκτρόνιο από
το άτομο του οξυγόνου,

αντί του αζώτου, εξαιτίας αυτής της άπωσης

στο 2 p τροχιακό.

Απο εκεί και μετά, βλέπουμε
την γενική τάση.

Η ενέργεια ιοντισμού του
φθορίου είναι 1681

και για το νέο βλέπουμε αύξηση

στην ενέργεια ιοντισμού που οφείλεται

στο αυξημένο δραστικό πυρηνικό φορτίο.